本書就無人艇的運(yùn)動(dòng)控制、自主感知與路徑規(guī)劃等的相關(guān)原理和設(shè)計(jì)展開介紹與擴(kuò)展，基本囊括了無人艇運(yùn)動(dòng)控制與路徑規(guī)劃的主要內(nèi)容。本書的主要內(nèi)容包括：國內(nèi)外無人艇的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀，無人艇的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型及水平面3自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，無人艇自動(dòng)靠泊控制、路徑跟蹤控制、軌跡跟蹤控制和編隊(duì)控制的控制器設(shè)計(jì)及仿真，用Gazebo仿真軟件完成工業(yè)單目相機(jī)與鐳神激光雷達(dá)的聯(lián)合標(biāo)定及多傳感器融合建模，以及全局和局部的多種路徑規(guī)劃算法。本書中提供了基本的原理方法介紹和計(jì)算推導(dǎo)實(shí)例，內(nèi)容全面，實(shí)用性強(qiáng)，適用范圍廣，可作為高等院校船舶與海洋工程、控制理論與控制工程等相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的課程教材，也可作為無人艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、無人艇運(yùn)動(dòng)控制、自主感知技術(shù)與環(huán)境建模、無人艇路徑規(guī)劃方面的參考資料。
王曰英，2006年在北京理工大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2010年在上海交通大學(xué)導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制專業(yè)獲得工學(xué)碩士學(xué)位，2015年在上海交通大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)獲得工學(xué)博士學(xué)位。2015年至2017年在上海交通大學(xué)任博士后，2017年至2019年在上海工程技術(shù)大學(xué)任副教授，2019年至2021年在上海大學(xué)擔(dān)任副教授，2021年至今任上海大學(xué)教授、博導(dǎo)。2021年度國家優(yōu)秀青年基金獲得者，2022年度科睿唯安交叉學(xué)科領(lǐng)域"全球高被引科學(xué)家”，獲得中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、上海市自然科學(xué)二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。以第一/通訊作者發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20余篇,授權(quán)國家發(fā)明專利10余件，主持國家自然科學(xué)基金優(yōu)青、面上和國防項(xiàng)目等國家級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)。目前兼任IEEE高級(jí)會(huì)員，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)集成自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)委員會(huì)和自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與強(qiáng)化學(xué)習(xí)專業(yè)委員會(huì)委員，擔(dān)任國際SCI期刊《Electronics Letters》、《International of Control, Automation, and Systems》、《International Journal of Fuzzy Systems》、《International Journal of Electronics》和《Journal of Electrical Engineering & Technology》的副編輯。主要從事智能控制理論與應(yīng)用，和海洋智能無人裝備研制等方面的研究工作。系統(tǒng)性地提出了一種新的模糊積分滑�？刂品椒ǎ行Э朔艘延蟹椒ǖ木窒扌�，提出并建立了基于FLKF的分析與綜合方法，有效降低了采樣控制器設(shè)計(jì)的保守性和通信負(fù)擔(dān)。此外，解決了部件故障、狀態(tài)約束和輸入飽和等受限因素下的系統(tǒng)控制問題，所得成果應(yīng)用于解決無人艇、飛行器和電氣電路等實(shí)際系統(tǒng)的控制問題，進(jìn)行了仿真和部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
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(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 11
2.1 參考坐標(biāo)系 11
2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 12
2.3 動(dòng)力學(xué)模型 13
2.3.1 流體動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)化的無人艇水平面3自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 20
第3章 無人艇運(yùn)動(dòng)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(dòng)靠泊控制 31
3.2.1 概念 31
3.2.2 控制器設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析 31
3.2.3 仿真實(shí)驗(yàn) 35
3.3 無人艇路徑跟蹤控制 37
3.3.1 基礎(chǔ)知識(shí)概述 37
3.3.2 制導(dǎo)律設(shè)計(jì) 42
3.3.3 基于Backstepping滑模的動(dòng)力學(xué)控制器設(shè)計(jì) 43
3.3.4 閉環(huán)穩(wěn)定性分析 45
3.3.5 仿真實(shí)驗(yàn) 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(shí) 51
3.4.3 控制算法設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析 55
3.4.4 仿真實(shí)驗(yàn) 63
3.4.5 總結(jié) 64
3.5 無人艇編隊(duì)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(duì)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(jì) 71
3.5.6 跟隨無人艇控制器的設(shè)計(jì) 72
3.5.7 仿真實(shí)驗(yàn) 74
第4章 自主感知技術(shù)與環(huán)境建模 79
4.1 雷達(dá)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(dá)驅(qū)動(dòng)安裝與啟動(dòng) 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(jī)驅(qū)動(dòng)安裝與啟動(dòng) 91
4.3 工業(yè)單目相機(jī)與鐳神激光雷達(dá)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(xiǎn) 132
5.2.4 常用的局部路徑規(guī)劃算法 138
5.2.5 人工勢(shì)場(chǎng)法 141
參考文獻(xiàn) 145
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