导读:本文包含了高速无人艇论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:高速无人艇,操纵响应模型,扩展卡尔曼滤波,敏感性
高速无人艇论文文献综述
杨鑫,茅云生,董早鹏,包涛,曾小龙[1]（2019）在《基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识》一文中研究指出为了对高速无人艇的操纵性能进行预报,提升其操控性,需要准确地获得无人艇操纵响应模型的各项参数.针对传统实验方法下获取模型参数缺陷,提出一种基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识方法.首先利用差分法对高速无人艇的二阶非线性操纵响应模型进行离散化,并通过变换将其转化成基于EKF的增广状态向量形式.基于四阶龙格-库塔法,仿真模拟辨识模型的输入数据,并对转化后的状态向量进行辨识,进一步解方程得到响应模型各项参数的辨识结果.对响应模型的各项参数进行敏感性分析,得到各参数对模型输出结果的敏感系数,从而对参数辨识结果误差分析论证.通过对原始模型和辨识模型的操纵运动仿真结果对比分析,验证了基于EKF所得到的辨识模型具有良好的泛化能力,能够更好的对高速无人艇进行操纵运动控制和预报.(本文来源于《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》期刊2019年05期）
尚文飞[2]（2019）在《基于状态约束的高速无人艇轨迹跟踪安全控制》一文中研究指出近年来,随着世界各国越来越重视到海上地位的重要性,各国开始大力发展海上军事力量,增强海陆空综合战斗体系,因此海洋运载器相关技术得到了快速的发展。而无人艇作为一种新型智能设备,在维护海洋领土安全以及在其他民用中发挥着不可替代的作用,但由于无人艇体积小、质量轻、快速性以及海洋环境的不确定性和环境的复杂多变等因素,都可能导致无人艇航行时处于危险状态,因此保证无人艇在海洋环境中的安全航行是实现其他作业任务的重要前提。所以,对高速水面无人艇的安全控制方法研究具有重要意义。本文为实现高速无人艇航行时的安全控制,分别从约束无人艇的跟踪误差、以及约束无人艇回转角速度在安全范围之内两个角度保证无人艇在航行时的安全性能,并对这两种状态约束进行了仿真验证。本文的工作主要包含以下几方面内容:1、建立无人艇的叁自由度数学模型。首先,为研究无人艇运动时的位置和姿态角之间的关系,建立了本文需要的两种坐标系。其次,针对本文的具体研究内容通过简化原始模型建立本文需要的叁自由度模型,由于本文研究的对象是高速无人艇,因此在建模时考虑到了高阶项对无人艇运动时的影响。最后,通过仿真验证该模型的正确性。2、针对高速无人艇在行驶过程中位置误差和速度误差过大影响安全航行的问题,利用预设性能与常用的反步滑模相结合,设计了一种新的预设性能反步方法以解决高速无人艇航行时的误差约束问题。然后利用等效误差转换,将误差约束在预先设定的范围之内,设计了基于预设性能的无人艇轨迹跟踪控制器。首先,在运动学回路将无人艇位置误差模型转化为等效误差模型,为镇定位置误差,设计期望的纵向和横向速度,其次,在动力学回路中,将无人艇速度误差模型转化为等效误差模型,为镇定速度跟踪误差设计期望控制器,在保证位置跟踪误差收敛到零的同时,被约束的速度误差也渐进收敛到零。最后通过仿真验证,无人艇在跟踪期望轨迹的同时,位置误差和速度误差均收敛到预先设定的范围之内,稳态及暂态性能均满足预先设定的要求。3、针对高速无人艇在航行过程中的转艏角速度问题,设计了带有回转约束的无人艇轨迹跟踪控制器。从约束高速无人艇航行时的转艏角速度来保证无人艇的安全航行。首先,考虑到外界环境干扰对高速无人艇航行的影响,通过引入干扰观测器估计未知扰动来抵消外界环境干扰,防止外界干扰过大时导致无人艇转艏角速度过大问题,利用反步法设计了存在外界时变扰动的无人艇轨迹跟踪控制器。其次,引入了指令滤波器来约束虚拟控制率在预先设定的范围之内并获得一阶近似导数,为下文障碍李雅普诺夫的设计做准备,然后通过引入障碍李雅普诺夫函数限制转艏角速度误差,从而间接限制无人艇的转艏角速度在一定的安全范围之内,保证了无人艇的安全航行。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2019-01-01）
包涛,茅云生,董早鹏,杨鑫,曾小龙[3]（2018）在《基于改进BFO优化的高速无人艇航向PD控制》一文中研究指出针对无人艇高速航行过程中航向控制问题,提出一种基于改进细菌觅食算法优化的PD控制算法.基本细菌觅食算法使用固定步长易导致算法遗失局部最优解,文章设计了一种改进的分维自适应步长策略,以实现步长的自适应调整;针对细菌觅食算法的游动操作可能导致细菌重复的无用游动,提出了一种智能探针操作方法;引入一种自适应迁徙概率算法,优化细菌觅食算法的驱散操作;将改进后的细菌觅食算法融合到高速无人艇的PD航向控制系统当中,用于优化PD控制参数,并通过半物理仿真实验验证了所提出算法的有效性、可靠性和优越性.(本文来源于《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》期刊2018年06期）
翟云峰[4]（2018）在《水下高速无人艇组合导航系统研究》一文中研究指出在陆地自然资源日益稀缺的今天,自然资源丰富的海洋日渐吸引着人们的目光,对海洋资源的开发已被许多国家列为21世纪重要的战略目标。作为一种可在水下自主作业的设备,水下自主航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已成为目前人们进行海洋探测的关键设备。而高精度、高可靠性的导航系统又是AUV实现自主作业及安全回收的关键。由于水下工作环境限制和惯性传感器固有的漂移误差,单一的导航设备已经无法满足水下航行器导航应用的需求,因此多传感器数据融合的组合导航技术已成为必然的选择。本文根据项目内水下高速无人艇“水下自航-水面校正-水下自航”的工作模式,结合国内外导航系统的研究现状及发展趋势,建立了以光电综合导航系统(Photoelectric Integrated Navigation System,PHINS)为主导航设备,融合多普勒测速仪(Doppler Velocity Logger,DVL)、全球卫星定位系统(Global Positioning System,GPS)、深度计(Depth Meter,DM)和高度计(Altimeter,AM)的数据构成水下组合导航定位系统。通过大量的试验验证了导航系统的可行性和可靠性,其导航精度满足水下高速无人艇的试验任务要求。首先,本文根据水下无人艇(文中可简称AUV)的航行要求,进行了航行器导航系统的方案研究,确定了导航系统的组合模式,系统布局和系统框架。详细介绍了捷联式惯性导航系统的基本原理和捷联解算的过程,并在此基础上建立了对应的非线性误差模型。另外,论述了多普勒测速仪、GPS、深度计和高度计的测量原理和测量误差,并建立了各传感器的误差模型。其中,基于卡尔曼滤波技术提出了一种DVL安装角及标度因数的在线标定方法,可有效降低DVL的测速误差,从而提高PHINS/DVL组合模式下的导航精度。其次,根据水下无人艇对导航系统的信息需求,导航系统的滤波可分为两个部分:DVL与高度计的高度信息处理和PHINS/GPS/DVL/深度计的组合滤波。前者采用最优自适应加权融合的方法,基于总均方差最小的原则,对DVL和高度计的卡尔曼滤波估计值进行加权融合,最终输出精确稳定的高度信息;而后者则选择了具备更好容错性和灵活性能的联邦卡尔曼滤波作为组合导航系统的数据融合算法,并根据各子滤波器的非线性状态方程和线性的量测方程,设计了基于简化UKF的联邦滤波算法,降低了计算复杂度。另外,为了提高联邦滤波器在高速导航下的滤波性能,利用带预测的无迹卡尔曼滤波算法对联邦UKF方法进行了改进。仿真表明改进的滤波算法可有效的改善水下组合导航系统在辅助导航设备(DVL)输出受限情况下的导航性能。然后,根据水下无人艇对导航系统的要求,进行了导航系统的软件需求分析。根据导航系统的功能需求进行了软件的总体结构设计,在此基础上,着重给出了基于VxWorks操作系统的软件模块化设计过程。最后,通过大量的试验,包括单项试验、半实物联调试验、水池试验、湖上试验和AUV湖态试验,逐步进行了由单项设备到整个导航系统的性能验证过程。通过最终的湖态试验表明该组合导航系统具备良好的可行性和较高的导航精度,满足水下高速无人艇的实际任务需求。(本文来源于《华中科技大学》期刊2018-05-01）
陈柱[5]（2018）在《水下高速无人艇应急系统研制》一文中研究指出水下高速无人艇属于AUV的研究范畴,但水下高速无人艇与普通AUV又有明显不同的特性,如水下高速无人艇最高航速远大于普通AUV,因此水下高速无人艇可以看做是高速AUV。水下高速无人艇操纵难度大,航行环境复杂,目前水下航行器均配备应急系统,或者称为自救系统、安全系统等,其功能是在航行器出现故障时使航行器快速浮出水面,防止航行器进一步的损坏。本文针对本高速无人艇的航行及操纵特性设计应急系统,并做了如下方面的研究:首先概述了水下航行器的发展情况,论证了航行器需要配备应急系统的必要性。其次研究了国内外对水下航行器应急系统的研制现状,针对这些应急系统存在的不足,提出本应急系统的改进思路。主要在应急策略和应急系统的可靠性上进行改进研究。设计了应急系统的主要功能,利用专家知识来建立应急决策模型,使得应急系统的应急决策更具有科学性。接着,结合本水下高速无人艇,设计应急系统的执行机构,包括气囊机构和有缆浮标机构,从机械结构设计、电气设计到控制方式设计,均进行了详细的研究,以保证应急系统执行机构的合理性和实用性。然后对应急系统控制器进行硬件选型,基于实时操作系统VxWorks编制应急系统控制软件,搭建半实物仿真系统,将应急系统接入航行器控制系统中进行联合仿真调试,验证应急系统的功能与可靠性。此仿真实验能很大程度上检验应急系统功能的完善性以及可靠性。湖上试验也验证了应急系统功能的实用性以及可靠性。最后得出结论,表明了此应急系统的优良性,包括适用性广和可靠性高,以及执行机构的新颖性。因此,此应急系统对于水下无人航行器的应急自救具有重要借鉴意义。(本文来源于《华中科技大学》期刊2018-05-01）
魏子凡[6]（2015）在《新型水面高速无人艇性能综合优化初步研究》一文中研究指出水面无人艇作为一种水面自航载体,具有体积小、航速高、智能控制等优点,并配有雷达、声纳、摄像机以及一些小型武器等设备,可以完成收集和传播信息、监视海洋情况、地形勘察、搜救、探测、导航和作战等多种任务,随着无人艇功能的增加,它已经被广泛应用于军事和民用领域。研究水面无人艇的快速性、耐波性、操纵性以及抗倾覆性对艇型设计和艇体的流体动力学性能分析都显得十分重要,而水面无人艇性能综合优化设计对无人艇的设计与研究有着不可替代的作用,国内外也越来越重视对该领域的研究。本文以一种新型水面高速无人艇艇型为研究对象,兼顾快速性、操纵性、耐波性和抗倾覆性能建立此类水面高速无人艇性能综合优化数学模型。将数学模型与优化算法接口,设计并编制出符合该水面高速无人艇的基于多种优化算法的综合优化软件。具体研究步骤总结如下:1.选取一种具有防飞溅条和水翼的滑行艇作为研究对象,根据防飞溅条尺寸、水翼尺寸、水翼位置和不同的艇型参数建立几何模型,并使用FINE/Marine软件进行网格划分和阻力计算,进而建立该类艇体的阻力数据库,并对不同艇体参数的水动力性能做对比分析。研究表明,加水翼或者防飞溅条都可以增加艇体的升力,使艇体更快的进入滑行状态,而同时加水翼和防飞溅条的艇体更能改善滑行艇的阻力性能。2.使用多项式响应面法,根据CFD阻力数据对该类艇体的总阻力、摩擦阻力、升力、静湿面积和静排水量进行多项式响应面公式拟合,从而为建立快速性优化数学模型提供基础。选取快速性优化设计变量,将海军系数作为快速性优化的评价函数,并构造其约束条件,最终建立快速性优化数学模型。3.基于系统辨识理论和多种优化算法的程序设计思想,完成该类艇体的回转运动、Z形运动和横摇运动的辨识软件设计,并结合该类艇体操纵性实验数据,进行辨识计算获得操纵性优化目标函数。选取操纵性优化设计变量,并选取直线稳定性衡准数、最小相对回转直径和转首指数共叁个评价函数作为操纵性优化的目标函数,并构造其约束条件,建立操纵性优化数学模型。4.对该类艇体进行横摇运动试验,然后使用辨识软件对试验数据进行横摇辨识计算和分析,一方面得到了较佳的横摇运动方程,同时也验证了横摇辨识软件中算法的可靠性。使用响应面方法对纵摇有义值和垂荡有义值进行计算公式的拟合,进而实现对无人艇的纵摇有义值和垂荡有义值的预报。考虑到纵摇、垂荡和横摇的影响,选取无因次衰减系数、纵摇有义值和垂荡有义值作为耐波性系统的叁个性能优化目标函数,并建立耐波性优化数学模型。研究了该艇体的稳性,分析了其倾覆后的受力情况,估算其倾覆后的初稳性高公式,最终选取正浮的初稳性高和翻转后的初稳性高作为抗倾覆性的优化目标函数,并建立抗倾覆性优化数学模型。5.综合船舶的快速性、操纵性、耐波性和抗倾覆性的优化数学模型,构造该类水面高速无人艇性能综合优化目标函数,根据约束条件设计其惩罚函数,最终构造出此类水面高速无人艇性能综合优化数学模型。分析各种智能优化算法的特征,用C#语言编制遗传算法、混沌算法、粒子群算法和复合形算法,并结合并行和分层策略来提高算法的优化性能,同时通过不同的改进策略,构造更优的算法设计方案,最终设计并编制出符合该类水面高速无人艇,基于多种优化算法的综合优化软件。通过使用设计完成的优化软件,进行优化计算,最终通过设计不同优化方案来研究不同算法的优劣性。研究表明,成长机制遗传算法优于复合形算法优于粒子群算法优于混沌算法,且成长机制的遗传算法较轮盘机制的遗传算法更好,分层策略和并行策略可以有效的提高算法的搜索性能。通过大量的计算,最终得到较优的优化结果以及适合该优化系统的最优优化算法。(本文来源于《江苏科技大学》期刊2015-12-23）
林剑峰,马善伟[7]（2014）在《水面高速无人艇自主控制系统研究分析》一文中研究指出水面高速无人艇具有小巧、隐蔽、智能等优点,因其部署机动性能佳、使用方便、优势众多,无论是军用还是民用,都能在极端环境中完成执行人员难以执行的任务。其自主控制系统是控制的核心,直接关系到任务完成得圆满与否,成为当今世界各国的研究热点。通过对自主控制内涵的定义,分析了研究现状和发展趋势,针对国际上对自主控制系统的研究热点,剖析其关键技术。结合我国的研究现状提出相应的应对策略建议。(本文来源于《船舶与海洋工程》期刊2014年04期）
万磊,董早鹏,李岳明,何斌[8]（2014）在《非完全对称欠驱动高速无人艇轨迹跟踪控制》一文中研究指出研究一类非完全对称欠驱动无人艇的轨迹跟踪控制问题,考虑系统阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项,且阻尼系数随着航速变化的情况,首先通过两次全局微分同胚变换将系统矩阵变换为级联系统的形式,使控制模型得以简化;然后基于简化后的模型构建轨迹跟踪误差模型,将轨迹跟踪问题转化为误差的镇定问题,同时基于级联系统理论和Lyapunov直接法设计了误差镇定控制器,该控制器能够实现非完全对称欠驱动高速无人艇的任意参考轨迹的跟踪控制,包括原点的镇定控制。最后通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性。(本文来源于《电机与控制学报》期刊2014年10期）
孙寒冰,苏玉民,邹劲,张可心,庄佳园[9]（2013）在《高速无人艇纵向航行性能试验》一文中研究指出针对水面无人艇纵向航行问题进行静水拖曳试验.采用有限体积法结合Shear Stress Transpor(SST)湍流模型,应用动网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算裸船体阻力及航行姿态.将数值计算与试验值对比分析,结果表明两者变化趋势相一致,该方法在阻力计算方面具有较好的精度.探讨了重心纵向相对位置对无人艇纵向性能的影响,结果表明,重心位置前移会降低第一阻力峰值,有利于避免"海豚运动",但同时会降低最高航速.(本文来源于《上海交通大学学报》期刊2013年02期）
马伟佳,史圣哲,邹劲,庞永杰,朱凯[10]（2012）在《水面高速无人艇运动极短期预报技术》一文中研究指出采用基于时间序列的乘积季节ARIMA(求和自回归移动平均)模型以及无人艇模型规则波试验数据,研究了水面无人艇运动极短期预报技术。采用经趋势差分和季节差分后的ARMA(自回归移动平均)模型,运用最小信息准则和白噪声检验方法,验证所选择的最佳模型,并对无人艇进行了20步极短期运动预报。计算结果表明:无人艇船模加速度、升沉、纵摇的前10步短期预报最大误差均不超过6%,随着预测步数的增加,误差有扩大的趋势,加速度的后10步短期预报最大误差达到16.68%。可见,极短期预报技术有效。(本文来源于《交通运输工程学报》期刊2012年01期）
高速无人艇论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
近年来,随着世界各国越来越重视到海上地位的重要性,各国开始大力发展海上军事力量,增强海陆空综合战斗体系,因此海洋运载器相关技术得到了快速的发展。而无人艇作为一种新型智能设备,在维护海洋领土安全以及在其他民用中发挥着不可替代的作用,但由于无人艇体积小、质量轻、快速性以及海洋环境的不确定性和环境的复杂多变等因素,都可能导致无人艇航行时处于危险状态,因此保证无人艇在海洋环境中的安全航行是实现其他作业任务的重要前提。所以,对高速水面无人艇的安全控制方法研究具有重要意义。本文为实现高速无人艇航行时的安全控制,分别从约束无人艇的跟踪误差、以及约束无人艇回转角速度在安全范围之内两个角度保证无人艇在航行时的安全性能,并对这两种状态约束进行了仿真验证。本文的工作主要包含以下几方面内容:1、建立无人艇的叁自由度数学模型。首先,为研究无人艇运动时的位置和姿态角之间的关系,建立了本文需要的两种坐标系。其次,针对本文的具体研究内容通过简化原始模型建立本文需要的叁自由度模型,由于本文研究的对象是高速无人艇,因此在建模时考虑到了高阶项对无人艇运动时的影响。最后,通过仿真验证该模型的正确性。2、针对高速无人艇在行驶过程中位置误差和速度误差过大影响安全航行的问题,利用预设性能与常用的反步滑模相结合,设计了一种新的预设性能反步方法以解决高速无人艇航行时的误差约束问题。然后利用等效误差转换,将误差约束在预先设定的范围之内,设计了基于预设性能的无人艇轨迹跟踪控制器。首先,在运动学回路将无人艇位置误差模型转化为等效误差模型,为镇定位置误差,设计期望的纵向和横向速度,其次,在动力学回路中,将无人艇速度误差模型转化为等效误差模型,为镇定速度跟踪误差设计期望控制器,在保证位置跟踪误差收敛到零的同时,被约束的速度误差也渐进收敛到零。最后通过仿真验证,无人艇在跟踪期望轨迹的同时,位置误差和速度误差均收敛到预先设定的范围之内,稳态及暂态性能均满足预先设定的要求。3、针对高速无人艇在航行过程中的转艏角速度问题,设计了带有回转约束的无人艇轨迹跟踪控制器。从约束高速无人艇航行时的转艏角速度来保证无人艇的安全航行。首先,考虑到外界环境干扰对高速无人艇航行的影响,通过引入干扰观测器估计未知扰动来抵消外界环境干扰,防止外界干扰过大时导致无人艇转艏角速度过大问题,利用反步法设计了存在外界时变扰动的无人艇轨迹跟踪控制器。其次,引入了指令滤波器来约束虚拟控制率在预先设定的范围之内并获得一阶近似导数,为下文障碍李雅普诺夫的设计做准备,然后通过引入障碍李雅普诺夫函数限制转艏角速度误差,从而间接限制无人艇的转艏角速度在一定的安全范围之内,保证了无人艇的安全航行。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
高速无人艇论文参考文献
[1].杨鑫,茅云生,董早鹏,包涛,曾小龙.基于EKF的高速无人艇操纵响应模型参数辨识[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版).2019
[2].尚文飞.基于状态约束的高速无人艇轨迹跟踪安全控制[D].哈尔滨工程大学.2019
[3].包涛,茅云生,董早鹏,杨鑫,曾小龙.基于改进BFO优化的高速无人艇航向PD控制[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版).2018
[4].翟云峰.水下高速无人艇组合导航系统研究[D].华中科技大学.2018
[5].陈柱.水下高速无人艇应急系统研制[D].华中科技大学.2018
[6].魏子凡.新型水面高速无人艇性能综合优化初步研究[D].江苏科技大学.2015
[7].林剑峰,马善伟.水面高速无人艇自主控制系统研究分析[J].船舶与海洋工程.2014
[8].万磊,董早鹏,李岳明,何斌.非完全对称欠驱动高速无人艇轨迹跟踪控制[J].电机与控制学报.2014
[9].孙寒冰,苏玉民,邹劲,张可心,庄佳园.高速无人艇纵向航行性能试验[J].上海交通大学学报.2013
[10].马伟佳,史圣哲,邹劲,庞永杰,朱凯.水面高速无人艇运动极短期预报技术[J].交通运输工程学报.2012