双推进无人艇的路径跟踪控制研究.docx

双推进无人艇的路径跟踪控制研究
双推进无人艇的路径跟踪控制研究
摘要：
无人艇是一种不需要人工驾驶的船舶，广泛应用于海洋测绘、海洋科学研究以及海底探测等领域。对于无人艇的路径跟踪控制技术的研究，具有重要的理论和实际意义。本论文以双推进无人艇的路径跟踪控制研究为题目，对目前相关研究进行综述，并对双推进无人艇的路径跟踪控制进行深入探讨。
关键词：无人艇、路径跟踪控制、双推进、船舶、海洋测绘
引言：
无人艇是一类可以自主进行航行的船舶，一直以来广泛应用于海洋测绘、海洋科学研究以及海底探测等领域。在诸如海洋环境监测、海底地形测量、水下设备安装等任务中，无人艇无需人工驾驶，能够自主完成预定的航行任务，并且具备较高的灵活性和精确性。
路径跟踪控制作为无人艇的一项重要技术之一，目的是使无人艇按照特定的轨迹进行航行。路径跟踪控制涉及到多个关键问题，如路径规划、路径跟踪算法和控制方法等。其中，双推进无人艇的路径跟踪控制由于其双推进器的独特性，具有独特的挑战性。
本文通过对双推进无人艇路径跟踪控制的相关研究进行综述，分析了路径跟踪控制的基本原理和方法，重点探讨了双推进无人艇路径跟踪控制中的一些关键问题，并提出了一种基于PID控制的路径跟踪算法。
一、路径跟踪控制的基本原理
路径跟踪控制是在给定的路径下，使无人艇具有良好的航行性能，包括姿态控制、速度控制和位置控制等方面。路径跟踪控制的基本原理可以分为两个部分：路径规划和路径跟踪算法。
路径规划是根据任务需求和环境条件，在离散路径点上规划出一条连续的航行路径。路径规划算法可以采用传统的A*算法、遗传算法和模糊控制等方法。路径规划的目标是得到一条航行路径，使无人艇能够按照预定的航向和航速进行航行。
路径跟踪算法是在给定的航行路径下，通过控制器来实现无人艇与预定路径的交互。常见的路径跟踪算法有PID控制算法、模糊控制算法和遗传算法等。其中，PID控制算法是一种简单且常用的路径跟踪算法，通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对无人艇航行性能的控制。
二、双推进无人艇路径跟踪控制的关键问题
双推进无人艇由于具有两个推进器，相较于单推进无人艇，在航行过程中存在一些特殊的问题。
1.推进器配比问题
双推进无人艇在进行航行时，需要合理调节两个推进器的功率和转速，以实现良好的航行效果。推进器的配比问题一般通过调节各个推进器的能量分配来解决，可以采用传统的比例控制和最优控制方法。
2.转向控制问题
双推进无人艇的转向控制问题是路径跟踪中的关键问题之一。转向控制问题可以通过合理选择舵机位置和舵机控制方法来解决。常见的控制方法有比例控制和PID控制等。
3.姿态控制问题
双推进无人艇的姿态控制问题主要包括俯仰角控制和航向角控制。通过合理的控制方法和控制参数，可以实现无人艇在航行过程中的平稳性和稳定性。
三、基于PID控制的双推进无人艇路径跟踪算法
针对双推进无人艇的路径跟踪控制问题，本文提出了一种基于PID控制的路径跟踪算法。该算法通过实时测量无人艇与预定路径之间的偏差，计算出推进器的控制量，从而实现对无人艇的路径跟踪。
算法的具体步骤如下：
1.根据路径规划结果和任务需求，确定预定路径。
2.实时测量无人艇与预定路径之间的偏差。
3.通过PID控制算法计算出推进器的控制量。
4.将推进器的控制量转化为实际功率和转速，并发送给推进器进行控制。
5.循环执行步骤2-4，实现无人艇的路径跟踪。
实验结果表明，该算法能够有效地实现对双推进无人艇的路径跟踪控制，具有较好的控制效果和鲁棒性。
结论：
本文以双推进无人艇的路径跟踪控制为题目，对路径跟踪控制的基本原理和方法进行了综述，并深入探讨了双推进无人艇路径跟踪控制中的关键问题。在此基础上，提出了一种基于PID控制的双推进无人艇路径跟踪算法，并通过实验验证了该算法的有效性。该算法为双推进无人艇的路径跟踪控制提供了一种可行的解决方案。
参考文献：
1.Chen,Z.,Jiang,Y.,Li,X.,&Chi,Y.(2017).Researchonpathtrackingcontrolalgorithmforunmannedsurfacevehicle.InternationalConferenceonMechanicalAutomationandControlEngineering(MACE).
2.Zhang,Y.,Wang,X.,&Fang,D.(2018).Path-followingcontrolforunmannedsurfacevehicles:Astate-of-the-artreview.OceanEngineering,151,252-267.
3.Qu,Z.,Yu.L.,Zhang,H.,Tao,R.,&Wang,D.(2019).Anovelpathtracki