水面移動機器人的控制方法研究.pdf

1、水面無人艇運動控制技術(shù)直接關(guān)系到水面無人艇的航行安全和經(jīng)濟效益。水面無人艇的運動數(shù)學模型是研究水面無人艇運動與控制的核心。在水面無人艇的理論與實踐研究中，首先要建立水面無人艇系統(tǒng)的數(shù)學模型。水面無人艇的數(shù)學模型是描述水面無人艇系統(tǒng)中系統(tǒng)變量相互關(guān)系動態(tài)性能的運動方程。其建立的正確與否，關(guān)系到水面無人艇的研究結(jié)果是否正確。因此，建立水面無人艇的數(shù)學模型是研究水面無人艇運動與控制的首要工作。由于水面無人艇是一個具有非線性、時變和不確定性的復

2、雜控制對象，常規(guī) PID控制難以適應變化的工況，自適應控制也由于難以建立精確數(shù)學模型，對未建模因素難以奏效。模糊控制特別適合于處理那些難以建立精確數(shù)學模型的復雜控制對象，將模糊控制應用于水面無人艇運動控制是當前重要的研究手段，并有望解決這一問題。本文針對這一發(fā)展趨勢，首先對水面無人艇進行數(shù)學建模，其次對水面無人艇的運動控制方法進行研究。具體內(nèi)容包括:
　　建立三自由度運動Abkowitz非線性水面無人艇運動模型，并對此非線性模型進

3、行線性化，在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，考慮了風、浪、流等干擾因素，采用Matlab中仿真工具Simulink對水面無人艇運動控制系統(tǒng)的進行仿真，給出了最后仿真實驗結(jié)果。仿真結(jié)果表明，所建立的模型與實際水面無人艇的運動規(guī)律相符合，使用此模型可以非常方便地進行水面無人艇運動控制規(guī)律的研究。對水面無人艇運動控制仿真與研究具有實際意義。
　　介紹了模糊控制的基本理論，分析了模糊邏輯控制系統(tǒng)的一般步驟，根據(jù)介紹的知識，設(shè)計了基于模糊推理的水面無

4、人艇航速模糊控制器并進行了相應的仿真實驗，且與PID控制效果進行了對比分析。
　　分析了水面無人艇航向和航跡控制的原理，根據(jù)模糊控制理論結(jié)合經(jīng)典的PID設(shè)計一種模糊自適應 PID航向控制器，根據(jù)水面無人艇航向改變與航向保持過程中表現(xiàn)出不同的控制特性，分別設(shè)計了航向保持模糊控制器、航向改變模糊控制器。為驗證算法的有效性，采用 Abkowitz非線性水面無人艇運動模型在無干擾和有干擾的情況下分別進行了仿真，并對控制器的性能進行了驗證和