1．目的及意义

USV( 无人艇) 是Unmanned surface vehicle（无人水面艇）的简称，是一种自主式的无人水面小型船舶，广泛应用于资源勘测、科学实验、探险、军事活动等领域。与常规船舶相比较，水面无人艇具有小型、灵活、反应迅速、隐蔽性好等特点，并且可以搭载在大中型水面舰艇上，形成协同作战优势。成为各国为争夺海上资源的军事研究热点。通常，无人艇在海上航行，由于受到风、浪、流等海洋环境的干扰，不可避免地要偏离原来给定的航向。精准的航向控制是解决航迹跟踪、自主航行、自动避碰等问题的前提。

在不同航速下，艇体各种水动力系数将随航速的变化而改变，即该 USV 具有非线性、不确定性和时变性的特点; 同时，USV 在航行中受风、浪、流等海洋环境干扰力的影响较大，要建立精确的 USV 动力学模型非常困难。传统的控制方法己不能满足无人艇的应用需求，必须研宄出更加先进的无人艇的运动控制技术。航向控制控制算法必须对控制系统模型参数的变化具有良好自适应性。本课题研宄的目的就是针对水面无人艇自身存在的模型参数不确定性、非线性以及在航行过程中受到复杂多变的海洋环境干扰等问题，设计出满足操控性、鲁棒性和具有自适应能力的航向自动控制系统。

在水面无人艇的研究方面，美国领先于世界各国。近几年水面无人艇在功能方面有了很大突破。以刚性充气艇为平台的无人艇己能够在大型舰船上布放和回收，具备了远洋作战的能力。其次，相比过去的无人艇只能单一的完成反水雷任务，如今可以通过搭载不同的任务载荷，通过遥控、制定程序等方式完成监视、侦查、扫雷、情报搜集、武装保护和精确打击等军事任务。目前，中国在水面无人艇的研究尚处于起步阶段。虽然已经取得了一定的成果，但离高速、智能等方面的集成应用还有很大距离，与国外相比还具有较大的差距

目前在水面无人艇航向控制方面，国内外己有较多的文献报告，有文献采用非线性采样控制理论，设计了首摇和纵荡状态反馈控制律，使无人艇按照设定的航向航行。也有文献针对喷水推进型无人艇的航向控制问题，在模型摄动和环境干扰下设计了具有鲁棒性的无人艇航向控制器。有文献应用自抗扰算法设计了无人水面艇的航向自动舵。文献也有提出了一种反步自适应滑模控制方法，设计了单泵喷水推进型无人滑行艇的航向跟踪控制器。还有文献将支持向量回归机（Support Vector Regression， SVR）引入无人艇的航向控制，提出自适应 SVR 逆控制方法，对无人艇航向进行有效控制。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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一、研究内容、目标

1. 收集国内外无人艇航向控制系统设计方法，分析和总结各种算法的优缺点；

2. 建立无人艇动力学和运动学数学数学模型；

3. 根据自动控制原理，设计一种无人艇变PI参数航向控制算法，使无人艇既能够适应自身航速变化导致的系统模型参数变化，又能够适应外部环境变化导致的系统参数变化；

4. 模拟海上运行和内河运行时的各种复杂工况，测试所设计的航向控制系统的可行性和优越性。

二、技术方案及措施