水下目标跟踪控制策略研究

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1、水下目标跟踪控制策略研究摘要水下目标跟踪是船舶动力定位系统中一项重要的功能，它可以自动操控水面母船跟随水下目标(ROV)的活动。本文针对水下目标的跟踪控制策略进行了研究，内容包括以下几个方面：为研究对象(母船、水下目标)建立数学仿真模型。由于母船的动态运动是一个十分复杂的过程，它受到各种环境干扰力(风，波浪、海流)的作用，因此需要为这些环境对象建立数学模型，模拟它们对母船的作用力影响：同时也要为船上的推力器系统建立仿真模型；最后结合各部分对象模型建立完整的母船运动模型。另外，还要设计水下目标的简化运动模型，将其描述成一个做随机运

2、动的水下活动物体。以消耗能量最小为目标，设计出一套新的水下目标跟踪策略方案。可以采用区域性跟踪的形式：当水下目标的活动超出母船附近特定的区域范围时，启动母船的跟踪控制，直到它们又恢复到合适的位置关系。这样的跟踪策略可以使母船间断地行驶，以达到节省能量的目的。另外，由于母船在运动时受到横向阻力远远大于其纵向阻力，因此要在跟踪定位控制中尽量保证母船的纵向运动，这一点需要在跟踪策略的设计中体现出来。针对水下目标从母船区域的不同边界处离开的情况，应该分别使用不同的方法计算母船的目标定位点以及目标艏向。建立特定的坐标系，通过向量计算出母船

3、与目标定位点的纵、横向位置误差以及母船与目标艏向的角度误差。引用经典的PD控制规律对母船定位过程中的横荡及艏摇运动进行控制。由于母船的纵向运动具有很大的惯性，其纵荡控制响应带有一定的滞后，而且水下目标的运动状态活跃多变，因此母船的目标定位点位置与母船当前的位置关系较为复杂。可以将智能模糊控制理论引入到母船的纵荡控制中去，研究母船与目标定位点的位置关系，将其误差和误差变化率作模糊量化处理，利用运动学知识和母船定位控制中积累的经验来制定模糊规则，设计智能模糊PD控制器对母船在跟踪定位过程的纵向运动控制进行改进，减少母船纵向控制中的超

4、调响应，使跟踪轨迹更加平滑。水下日标跟踪是一个动态过程，跟踪定位控制的动态响应是控制器调整的重点，在仿真结果的演示中，母船实现了对水下目标的区域式跟踪效果，母船在跟踪过程中的行驶路程小于水下目标，节省了能量的消耗。关键词：水下目标跟踪，船舶动力定位，模糊控制哈尔滨_丁程大学硕十学位论文AbstractUnderwatertargetfollowisallhnportantfunctionofshipdynamicpositioningsystem，whichcanmanipulatemothershiponsurfacetofo

5、llowtheunderwatertarget(ROY)automatically．Thispaperhasdonesomeresearchesonthefollowcontrolandstrategyforunderwatertarget,thecontentsincludethefollowing：Firstofall，itshouldbuildmathematicalsimulationmodelsforstudyobjects(mothership，underwatertarget)．Thedynamicmovement

6、ofmothershipisaverycomplexprocess，itbeingsubjectedtovariousinterferencesofenvironment(wind,wave，current)．Wcshouldestablishmathematicalequationstosimulateforcesonthemothershipfortheseinterferences．Wewouldalsoliketobuildsimulationmodelforonboardthrustersystemwhicharepo

7、wersourceofmothership．Intheend,buildwholemothershipmovementmodelwitlltheimpactsofallfactors．Inaddition，Weneedtodesignasimplemovementmodelforunderwatertarget，itisdescribedtoanobjectwhichmovesrandominthewater．Inaddition,itmustdesignanewunderwatertargetfollowstrategyfor

8、thepurposeofminimizingenergy．ThemothershipCantrackunderwatertargetbythejudgmentofregion．Thefollowcontrolwillbestartedwhenthepositio