基于GPS導(dǎo)航的無人作業(yè)船航跡跟蹤控制研究.pdf

1、隨著自動(dòng)化水平日益提高，水面無人作業(yè)船舶的研究愈來愈迫切，而無人作業(yè)船舶的航跡跟蹤研究更是其中的熱點(diǎn)問題。本課題以江蘇大學(xué)電氣學(xué)院和泰州常發(fā)農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司共同研制的全自動(dòng)無人作業(yè)船為研究平臺(tái)，搭建了以Trimble BD982 GNSS系統(tǒng)為核心的差分定位系統(tǒng)，并利用AHRS航向姿態(tài)系統(tǒng)獲取船舶的姿態(tài)信息。基于無人作業(yè)船舶的航跡控制數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)航跡跟蹤控制器，獲得了很好的穩(wěn)定性與跟隨性。論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:

2、r>　　第一、本文設(shè)計(jì)了基于無人作業(yè)船硬件配置的導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)中選用Trimble BD982GNSS板卡為核心處理芯片。該導(dǎo)航系統(tǒng)采用RTK定位測量模式，定位精度非常高。并運(yùn)用與該系統(tǒng)配套的AHRS微型姿態(tài)模塊測量船舶航向與姿態(tài)。完成對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)的解析以及GPS系統(tǒng)調(diào)試工作。
　　第二、本文推導(dǎo)了無人作業(yè)船舶的水平面運(yùn)動(dòng)模型。以水面船舶的控制目標(biāo)為劃分依據(jù)，進(jìn)一步得到無人船舶水平面運(yùn)動(dòng)的航向控制模型和航跡控制模型。為無人船

3、舶的航跡跟蹤控制問題奠定了基礎(chǔ)。
　　第三、本文設(shè)計(jì)了聯(lián)邦卡爾曼濾波器。該算法能夠同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的多個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行濾波，有效地降低系統(tǒng)的狀態(tài)誤差，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性，提高了航跡跟蹤的精度。
　　第四、本文在正確描述直接航跡跟蹤問題的基礎(chǔ)上，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與欠驅(qū)動(dòng)船舶航跡跟蹤問題相結(jié)合。設(shè)計(jì)了基于欠驅(qū)動(dòng)水面船舶的直接航跡跟蹤滑?？刂破?。并對(duì)其穩(wěn)定性與收斂性進(jìn)行了論證。
　　通過Matlab/Simulink仿真