無(wú)人艇操縱性與智能控制技術(shù)研究.pdf

1、水面無(wú)人艇是一種能夠在實(shí)際海洋環(huán)境下安全自主航行,并完成各種任務(wù)的海上智能運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。與有人駕駛的艦艇相比,無(wú)人艇具有許多突出的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)特點(diǎn),它體積小、隱蔽性好、航速高、機(jī)動(dòng)靈活、無(wú)人員傷亡危險(xiǎn)等,在未來(lái)非對(duì)稱立體戰(zhàn)爭(zhēng)中,無(wú)人艇將完成諸如掃雷、電子信息戰(zhàn)、情報(bào)偵察與監(jiān)視(ISR)、反恐、精確打擊和武力保護(hù)等特殊任務(wù);在惡劣海況(如海上大風(fēng)、巨浪、熱帶風(fēng)暴、海霧等)的探測(cè)研究和預(yù)警預(yù)報(bào)方面,無(wú)人艇將發(fā)揮其重要作用,因而越來(lái)越多地受到了世界各

2、國(guó)的重視。
　　 在高度動(dòng)態(tài)和不可預(yù)測(cè)的海洋環(huán)境里,為了達(dá)到高度自治,無(wú)人艇需要靈活可靠的‘操縱性能、精確快速的控制能力來(lái)確保其他船只與自身的安全;同時(shí),從加強(qiáng)無(wú)人艇的自適應(yīng)性與智能性,改善無(wú)人艇工作性能的觀點(diǎn)來(lái)看,其控制系統(tǒng)還應(yīng)該具備良好的自適應(yīng)、自學(xué)能力功能,從而需要引入人工智能來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)人艇的智能控制系統(tǒng)。
　　 本論文以“翔龍?zhí)枴睙o(wú)人艇為研究對(duì)象,首先通過(guò)分析高速滑行艇的操縱運(yùn)動(dòng)機(jī)理,并結(jié)合實(shí)艇試驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)的方法,

3、建立了無(wú)人艇五自由度的操縱性數(shù)學(xué)模型;其次,利用最小二乘支持向量機(jī)的回歸原理,根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則的學(xué)習(xí)原理,對(duì)小樣本的無(wú)人艇Z型試驗(yàn)數(shù)據(jù)引入線性核函數(shù),通過(guò)分步辨識(shí)的方法,辨識(shí)了無(wú)人艇艏向響應(yīng)方程中的一、二階線性與非線性參數(shù),并驗(yàn)證了二階非線性響應(yīng)方程具有很好泛化性能;然后,在該無(wú)人艇操縱運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,把S面控制算法和模型參考自適應(yīng)規(guī)律的設(shè)計(jì)原理相結(jié)合,根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)了基于參考模型的S面自適應(yīng)艏向控制器,并驗(yàn)證了該

4、控制算法具有較好的抗模型參數(shù)變化和外界干擾的能力:之后,把仿人智能控制的在線特征辨識(shí)、啟發(fā)式直覺(jué)推理邏輯和多模態(tài)控制的優(yōu)點(diǎn)與人類小腦的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)理相結(jié)合,提出了基于小腦模型的仿人智能協(xié)調(diào)控制策略,設(shè)計(jì)了基于發(fā)動(dòng)機(jī)、噴水推進(jìn)器噴嘴和倒車斗協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的無(wú)人艇基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)控制策略,并根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出一種仿人智能的混合式分層遞階結(jié)構(gòu),并利用智能圖式的學(xué)習(xí)進(jìn)化原理,在實(shí)踐中不斷完善和改進(jìn),則形成一種混合仿人智能圖式的體系結(jié)構(gòu);最后,