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复杂水域环境下自主导航无人船设计与实现

复杂水域环境下自主导航无人船设计与实现

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作者：王澳刚江苏科技大学

学位级别：硕士

随着技术的不断进步和应用需求的不断增加,研究和应用自主导航无人船的前景非常广阔,深入探究自主导航无人船的相关技术和应用,不仅具有重要的理论研究意义,也有着广泛的社会和经济价值。但是,自主导航无人船的研究面临着许多挑战和困难... 详细信息

随着技术的不断进步和应用需求的不断增加,研究和应用自主导航无人船的前景非常广阔,深入探究自主导航无人船的相关技术和应用,不仅具有重要的理论研究意义,也有着广泛的社会和经济价值。但是,自主导航无人船的研究面临着许多挑战和困难,如海洋环境复杂、海上通信不稳定、设备和船只成本高等问题,本论文设计了一种基于多路径搜索和风险评估的路径规划算法,以保证无人船能够在障碍密集的水域环境中安全高效地自主航行。此外,本论文还采用了基于差分进化的改进粒子群算法优化自抗扰控制器的路径跟踪策略,从而实现在风浪扰动的水域环境对无人船的精确控制。论文的主要研究内容如下:1、分析了自主导航无人船设计与实现的需求,根据实际应用需求、性能要求和技术限制对自主导航无人船进行了总体设计,为无人船系统开发提供了指导和框架。2、建立了无人船航行环境模型,对传统A*算法进行了搜索和航迹优化,利用多路径搜索算法和风险评估函数确定全局最优路径,并通过仿真确定了算法的有效性。3、建立了无人船运动学模型,研究使用了将差分进化算法的变异和粒子群优化法的思想结合起来的方法,以跟踪群体种类和样本最优粒子思想为基础,对自抗扰控制器的参数进行全局寻优。通过仿真实验,验证了改进算法性能优于传统算法。4、完成了自主导航无人船的软硬件设计,设计了无人船的导航控制系统和平台控制系统,以实现无人船自主导航功能。还设计了信息管理平台和远程指挥机,以实现无人船的数据传输和运动控制功能。实验结果表明:自主导航无人船定位精准,规划的路径安全高效,路径跟踪准确,直线路径的最大绝对误差为0.2 m,信息管理平台和远程指挥机能够有效的对无人船进行数据采集和功能控制。

关键词：自主导航无人船路径规划 A*算法路径跟踪自抗扰控制算法

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