目 錄
第1章 緒論 1
1.1 無人艇概念 1
1.2 無人艇研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國內(nèi)無人艇的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2 國外無人艇的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.3 關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀 5
第2章 無人艇運動數(shù)學(xué)模型 11
2.1 參考坐標(biāo)系 11
2.2 運動學(xué)模型 12
2.3 動力學(xué)模型 13
2.3.1 流體動力數(shù)學(xué)模型 15
2.3.2 外部干擾力數(shù)學(xué)模型 17
2.3.3 船舶控制力數(shù)學(xué)模型 18
2.4 無人艇水平面3自由度運動數(shù)學(xué)模型 19
2.4.1 無人艇水平面3自由度一般方程 19
2.4.2 簡化的無人艇水平面3自由度運動數(shù)學(xué)模型 20
第3章 無人艇運動控制 21
3.1 基礎(chǔ)理論 21
3.1.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論 21
3.1.2 非線性系統(tǒng)的魯棒性控制 24
3.2 無人艇自動靠泊控制 31
3.2.1 概念 31
3.2.2 控制器設(shè)計與穩(wěn)定性分析 31
3.2.3 仿真實驗 35
3.3 無人艇路徑跟蹤控制 37
3.3.1 基礎(chǔ)知識概述 37
3.3.2 制導(dǎo)律設(shè)計 42
3.3.3 基于Backstepping滑模的動力學(xué)控制器設(shè)計 43
3.3.4 閉環(huán)穩(wěn)定性分析 45
3.3.5 仿真實驗 46
3.4 無人艇軌跡跟蹤控制 50
3.4.1 引言 50
3.4.2 問題描述與預(yù)備知識 51
3.4.3 控制算法設(shè)計和穩(wěn)定性分析 55
3.4.4 仿真實驗 63
3.4.5 總結(jié) 64
3.5 無人艇編隊控制 65
3.5.1 虛擬領(lǐng)航方法概述 65
3.5.2 PID控制算法介紹 66
3.5.3 虛擬領(lǐng)航無人艇的路徑跟蹤誤差模型的建立 68
3.5.4 編隊誤差模型的建立 70
3.5.5 虛擬領(lǐng)航無人艇控制器的設(shè)計 71
3.5.6 跟隨無人艇控制器的設(shè)計 72
3.5.7 仿真實驗 74
第4章 自主感知技術(shù)與環(huán)境建模 79
4.1 雷達感知 79
4.1.1 Gazebo仿真環(huán)境的搭建 80
4.1.2 鐳神激光雷達驅(qū)動安裝與啟動 82
4.2 光學(xué)目標(biāo)感知 86
4.2.1 Gazebo仿真環(huán)境光學(xué)目標(biāo)感知 88
4.2.2 工業(yè)單目相機驅(qū)動安裝與啟動 91
4.3 工業(yè)單目相機與鐳神激光雷達聯(lián)合標(biāo)定 93
4.4 多傳感器融合建模 105
第5章 無人艇路徑規(guī)劃 107
5.1 無人艇全局路徑規(guī)劃 107
5.1.1 引言 107
5.1.2 電子海圖 107
5.1.3 環(huán)境建模 111
5.1.4 常用的全局路徑規(guī)劃算法 112
5.2 無人艇局部路徑規(guī)劃 130
5.2.1 引言 130
5.2.2 避碰規(guī)則 131
5.2.3 碰撞風(fēng)險 132
5.2.4 常用的局部路徑規(guī)劃算法 138
5.2.5 人工勢場法 141
參考文獻 145