参考文献 40

致谢 42

第一章绪论

1.1选题背景及意义

人类文明的发展与科技及资源的利用密切相关，随着陆地资源的逐渐枯竭，海洋越来越多地受到人们的重视，也成为各国竞相争夺开发的目标。18世纪产业带来了今天意义上的轮船，流体力学的发展为建立船舶运动数学没模型奠定了理论基础。但复杂多变的海洋环境无疑又阻碍了人类开采海洋资源的进程，载人船只在海上的航行工作很有可能受到风浪流的影响，甚至遭遇危险，某些未知地域的探索工作也很难进行。基于上述问题，人们开始致力于研究无人水面舰艇（UnmannedSurfaceVehicles,USVs），从而完成各种困难又复杂的工作任务。无人水面艇具有机动灵活、活动区域大、作战用途广等特点。可自主规划航路、规避障碍，有利于情报的侦查、搜集、探测，在海洋环境监测、维护海洋安全等方面也具有突出的优越性，在军事和科学领域起到重要作用并受到广泛的应用[1]。随着人工智能和自动化技术的不断进步，船舶运动控制已从手动发展到自动，无人水面舰艇的研究逐步进入正轨，有很大的发展前景及空间。由于航行安全、降低风险等需要，航向控制问题受到人们的重视。有效的航向控制系统对提高无人艇的各项性能都十分重要，这也是许多专家学者一直致力于研究的方向。本课题通过对无人艇航向控制的研究，期望能找到一种简单有效的方法来优化其航向控制性能。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究成果

1.2.2国内研究成果

1.3存在的不足

无人舰艇对智能化程度的要求比较高，因此对其功能的实现较为复杂。从目前的研究结果看来，无人舰艇的一些核心技术例如自主规划与控制技术等还不够成熟，仍然有待通过进一步的研究改进，并且其稳定性、操作性、适航性都应纳入研究的考虑范围。由于无人舰艇具有多变量和非线性等特征，另外在航行过程中，海洋风力会对船舶动态产生偏置力和附加动力的干扰，海流对船体造成诸多影响,以及航行条件如环境等的变化和测量的误差等等都会使造成船舶动态的不确定性,因此对无人艇的航向控制的研究一直是一个难点，也是众多学者研究的热点。建模方面，受固有的模型框架约束以及多种外部因素的影响，生成的模型有可能与实际不相符。如果无人舰艇的

航速发生变化，或者由于载重量而产生的重心坐标、舰艇的质量以及惯性矩等变化，从而使得流体动力导数随之产生了变化，就会导致无人舰艇模型各项参数的改变，或者发生摄动现象。另外，由于测量手段及条件的限制，所测量的无人舰艇参数也会有误差，从而增加了不精确性。为有效抑制参数不确定性和干扰随机性对船舶航向的影响，考虑模型不确定条件下的船舶航向鲁棒控制算法。由于风浪干扰具有随机性，以及船舶模型参数的不确定性，一些算法中的鲁棒性问题一直没有得到彻底的解决。

1.4本课题主要研究内容

本文主要讨论了无人舰艇航向控制性能的优化策略，各章内容分配如下：第一章为绪论，主要介绍了无人水面艇的选题背景和意义，简单地阐述了航向控制在无人艇领域的研究现状，接着概述了无人水面舰艇研究存在的不足之处，最后介绍了本课题的主要研究内容。

第二章为理论基础，介绍了船舶运动的自动控制原理和不确定线性系统的基本描述，给出了文中所涉及的几个关于鲁棒控制的引理，简要介绍了自适应控制。