1.2国内外研究现状

1.2.1无人艇

1.2.2无人艇运动控制器

1.2.3航向控制

1.3论文结构

在查阅无人艇航向运动控制相关文献之后，弄清楚无人艇航向控制原理和无人艇运动的特性之后，设计出一种基于STM32微处理器，结构简单、工作可靠的数字式航向运动控制器。全文共五章，主要内容如下：

第一章阐述了课题研究背景和意义，介绍了国内外无人艇、自动舵和智能算法的发展历史和研究现状。

第二章就无人艇的运动数学模型展开了讨论，首先建立坐标系，然后经过简化自由度，将风浪流的干扰等效为一个输入，确定了本文的数学模型。

第三章介绍了船舶运动系统的具体实现方法，分别就硬件和软件方面介绍了本文的控制器，并完成了相关的硬件搭建和软件设计，实现了相关通信功能。

第四章总结全文，并指出航向运动控制器的设计与实现中有待解决的问题，最后对未来的研巧目标做出展望。

第二章无人艇运动数学模型

无人艇运动数学模型是无人艇运动仿真与控制问题的核心[3]。数学模型的复杂程度表述了系统的性能好坏，为此就需要建立一个既能反映系统功能，又复杂程度适中同时精度满足要求的数学模型。模型太复杂可能造成不便于分析，计算太复杂。而过于简单的模型又不能很好的传递系统的性能。构建无人艇数学模型主要有两大目的：一是建立无人艇操纵模拟器，二是根据数学模型设计无人艇运动控制器。无人艇运动数学模型分为线性和非线性，线性数学模型主要用于设计运动控制器，非线性数学模型主要用于建立无人艇运动仿真器。本文采用响应型非线性无人艇运动数学模型，将环境干扰量等效成固定的影响，采用整体建模思想，对无人艇的航向控制进行了仿真研究。

2.1船舶运动数学模型的建立

对于普通的大型排水型船来说，风浪水流的影响都很小，因此可以忽略他们的影响。但是对于水面高速无人艇来说，它的质量和体积都比较小，航行速度也比较高，因此这些因素的影响都比较大，所以需要建立一个六自由度的无人艇模型。建立无人艇运动数学模型主要工作有以下两个：一是根据无人艇本身的模型和物理意义在一定的条件下建立一种简化的运动模型；二是根据无人艇运动中的变量，来确定船舶运动的参数。

2.1.1无人艇运动坐标系的建立

研究无人艇在海洋上运动时，经常采用的坐标系有两种：附体坐标系（也称船体坐标系）和惯性坐标系（也称地面坐标系）[4]。如下图2-1所示，是惯性坐标系,为附体坐标系。