无人船自动舵控制系统设计及优化.pdfVIP

大连理工大学硕士学位论文

摘要

随着自动控制、人工智能的飞速发展，无人机、无人车等不断走进人们的生活，而

作为新型智能船舶的无人船，也逐步走进人们的视野。由于其能够广泛应用于海洋活动

的各个方面，众多学者纷纷把目光投入到了这一研究领域。

自动舵作为船舶操纵运动的组成部分，也是无人船航行控制的基础，它对操纵指令

响应的快速性和准确性，在无人船的运动过程中，起到了极其重要的作用。自动舵的工

作状态可以分为两种：航向控制和航迹控制。航向控制是指船舶在运动过程中，由于受

到外界干扰而驶离了设定航向，通过控制系统令船舶驶回设定的航向；航迹控制是指在

设定好航线后，无论船舶处于何种位置，都能够快速回到设定航线，并沿着该航线达到

期望的目标位置。

由于航迹控制实质上就是航向的不断调整，因此本文主要针对无人船的航向控制进

行自动舵方面的研究：

（1）通过阅读文献资料，对国内外无人船的研究现状、自动舵控制方面的相关成

果进行了总结；

2

（）根据本文研究的实际情况，基于分离型船舶运动数学模型，建立无人船的相

关模型，为计算机模拟奠定基础；

3PID

（）基于传统的控制算法，在其基础上引入积分分离的思想，再结合模糊控

制的优点，设计了一种模糊PID控制器，通过仿真实验验证控制器性能。

4

（）建立无人船在风浪影响下的数学模型。通过对无人船在风浪影响下的运动情

况进行模拟，验证控制器的抗干扰性能，并对结果进行分析总结。

关键词：无人船；自动舵；MMG模型；PID控制；模糊控制

--I

无人船自动舵控制系统设计及优化

DesignandOptimizationofUnmannedSurfaceVessels’

AutopilotControlSystem

Abstract

Withtherapiddevelopmentofautomaticcontrolandartificialintelligence,dronesand

unmannedvehicleshavegraduallyenteredpeopleslives.Asanewtypeofintelligentship,

unmannedsurfacevesselsappearsinpeoplesvision.Becauseitcanbewidelyusedinall

aspectsofmarineactivities,manyscholarshavefocusedtheirattentiononthisfieldof

research.

Asanimportantpartoftheshipsmaneuveringmotion,theautopilotisthebasisof

unmannedsurfacevessels’navigationcontrol.Itplaysanextremelyimportantroleinthe

speedandaccuracyoftheresponsetothemaneuveringcommandsduringthemovementof

theunmannedsurfacevessels.Theworkingstateoftheautopilotcanbedividedintotwotypes:

headingcontrolandtrackcontrol.Headingcontrolmeansthattheshipmovesawayfromthe

setcourseduetoexternalinterferenceduringthemovement,andthendrivenba