無(wú)人艇建模及邏輯網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法的研究.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)人水面艇(USV)憑借其體積小、靈活性好、航速高、無(wú)人員傷亡等優(yōu)勢(shì)，受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。由于USV的高階性、非線性、強(qiáng)耦合和強(qiáng)不確定性，建立較為精確的動(dòng)力學(xué)模型具有很大難度。此外受到海風(fēng)、海浪及其他干擾的影響，USV會(huì)產(chǎn)生六自由度的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和非線性，產(chǎn)生了傳統(tǒng)控制手段難以快速精確控制的問(wèn)題。有效的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)提高偵察設(shè)備觀測(cè)效果、武器裝備系統(tǒng)精度都是十分重要的。海洋環(huán)境的高度動(dòng)態(tài)和不可預(yù)測(cè)使USV的控制

2、能力需要加強(qiáng)，其控制系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)能力，從而需要采用先進(jìn)的控制策略，才能得到滿意的操縱性能。智能自適應(yīng)控制方法非常適用于解決這類(lèi)問(wèn)題。本文針對(duì)以上問(wèn)題，研究USV的數(shù)學(xué)建模以及自適應(yīng)控制方法，主要工作可概括為以下幾個(gè)方面:
　　 分析USV在坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)特性，討論作用在USV上的各種力和力矩，建立USV六個(gè)自由度上的數(shù)學(xué)模型。采用MMG分離型機(jī)理建模方法，在Abkowitz模型的基礎(chǔ)上把水動(dòng)力分解為作

3、用在船體、螺旋槳和舵上的三部分，并充分考慮各部分之間的相互干擾影響。
　　 研究LFN邏輯網(wǎng)絡(luò)理論技術(shù)及在USV控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。提出一種LFN邏輯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并給出其相應(yīng)的學(xué)習(xí)算法。采用統(tǒng)一神經(jīng)元AND U和OR U作為L(zhǎng)FN網(wǎng)絡(luò)的基本運(yùn)算單元。以該LFN網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合Line-of-sight算法，提出基于LFN網(wǎng)絡(luò)的航跡控制系統(tǒng)。該邏輯網(wǎng)絡(luò)可以融合先驗(yàn)知識(shí)，并且訓(xùn)練結(jié)果可以直接轉(zhuǎn)化為復(fù)合模糊規(guī)則語(yǔ)句。網(wǎng)絡(luò)采用混合優(yōu)化策

4、略。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化首先用遺傳算法尋找最小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再用修剪法進(jìn)行調(diào)整。在參數(shù)優(yōu)化方面，采用梯度法和粒子群算法相結(jié)合的混合算法。結(jié)合船舶與海洋工程研究的特點(diǎn)和要求，將設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)置于不同的海洋環(huán)境條件下，以Matlab/Simulink為平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明該方案的有效性。
　　 提出一種基于支持向量回歸(SVR)算法和反饋線性化理論的自適應(yīng)逆控制器，研究該控制器在USV控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。以自適應(yīng)逆控制基本理論