摘 要

随着科技和海上航运事业和海产事业的发展，人类在海上的活动日益频繁，船舶碰撞这类事情发生的次数也不断上升，严重影响海上安全。同时现代控制理论和计算机技术随着时代进步不断发展，人们越来越多的将新的控制算法应用到了船舶运动控制研究中，实现船舶的自动避障。

本文提出了一种针对动态移动的障碍物实现船舶从A点到B点的避障运动轨迹的船舶运动的简化模型，设计控制策略，其中，不同的运动轨迹对应于舵角的控制或航向的控制。了解MATLAB编程的相关语句，编写对应程序，程序包含障碍物运行轨迹的设置，船运行起点终点的设置，安全距离以及行进步长的设置，以及最核心的避障部分程序，即运用在快接近障碍物的时候与障碍物方向反向行驶的方法快速拉开与障碍物距离，确认距离确认安全后再向目标行驶。通过在MATLAB上仿真验证其正确性，最后实现船舶可以随障碍物的移动而避障同时走向目标点。

关键词：船舶避障，安全距离，反向行驶，MATLAB仿真

Abstract

With the development of technology and shipping industry and marine industry, human activities in the sea have become increasingly frequent, the number of this kind of thing happen in collision is also on the rise, serious impact on maritime security. At the same time, with the development of modern control theory and computer technology, more and more people have applied the new control algorithm to the research of ship motion control. This paper first introduced the understanding of ship control research and ship operating characteristics, a according to the dynamic moving obstacles is proposed the ship from point a to point B in the obstacle avoidance motion trajectory of ship motion of the simplified model, control strategy design. Among them, different track movement of the corresponding trace to control the rudder angle control or heading. Learning matlab programming relevant statements, writing the corresponding program, programming contains a set of obstacle trajectory, ship operation end point setting, safe distance and the marching step setting, and the core of obstacle avoidance program, namely the use of in approaching obstacle and the obstacle direction reverse driving method quickly opened and obstacle distance, confirming the distance that it is safe to target driving. The correctness of the simulation is verified by the simulation on MATLAB. Finally, the ship can move to the target.

Key words：obstacle avoidance，safety distance，reverse to march，the MATLAB simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2国内外船舶控制研究现状 1

1.3研究内容 2

1.4设计目标 3

第2章 避障设计思想及避障模型 4

2.1设计思想 4

2.1.1设计思路 4

2.1.2提出的避障策略 5

2.2避障模型 6

2.2.1避障模型一 6

2.2.2避障模型二 7

第3章 避障软件设计 10

3.1算法流程图 10

3.2MATLAB仿真 11

3.2.1初始设置程序 11

3.2.2障碍物的程序 12

3.2.3船运行的程序 13

3.2.4动图程序 14

第4章 避障程序优化与程序调试 16

4.1船航向的不停摆动问题 16

4.2动态障碍物辩向问题 16

4.3避障程序的改进过程 17

4.4安全距离与步长的设置 18

4.5两个障碍物情况下的避障 21

第5章 结果分析与讨论 22

5.1 仿真结果与结果分析 22

5.2 结果总结 24

参考文献 26

附录 27

附录A 27

附录B 29

致谢 32

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

随着科技和海上航运事业和海产事业的发展，人类在海上的活动日益频繁，船舶碰撞这类事情发生的次数也不断上升，严重影响海上安全。据了解，在船舶碰撞事故当中，90%-95%的事故都是因为人为原因造成的，包括明显的和隐藏的原因。现代控制理论和计算机技术随着时代进步不断发展，人们越来越多的一些将新的控制算法应用到了船舶运动的控制研究中，实现船舶的自动避障。船舶的自动避障不但可以减少人力操作舵时的复杂程度，实现比较精准的避障，提高海上活动的安全性，同时还可以节省人力资源，更加方便，在一定程度上实现自动化。同时无人飞机汽车的研究也使船舶趋于无人化，船舶无人化不仅能提高船舶的自动化和智能化水平，也能减少船舶发生危险的风险。另一方面，海上活动的安全性提高，可以使人类对海洋的探索提供新的方法，目前人类对海洋资源的了解还远远不够，其中一部分原因就是海底情形复杂，人类能力有限，有些区域非人力所能到达，而水下无人机的实现可以代替人类更深入地探索海洋，利用海洋资源，提高对海洋资源的利用率。

1.2国内外船舶控制研究现状