袁晓宇,黄承义,彭 艳,瞿 栋,刘东柯

(1.上海大学无人艇工程研究院,上海200444;2.国家海洋局北海海洋工程勘察研究院,山东青岛266061;3.上海大学计算机工程与科学学院,上海200444)

作为一种水面无人移动平台,近年来无人水面艇在海洋资源勘测[1]、环境监视和侦察[2]、灾后搜索与救援[3]、近岸港口安防[4-5]以及同其他有人、无人系统协同作业[3,6]等方面得到了广泛的应用.因此,开展无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)的相关技术研究,进一步提高无人水面艇的智能化程度,对提升我国海洋装备水平具有重要意义.然而,由于①环境干扰信息(风、浪、涌)的不确定性,导致了控制器面临不可预测的环境扰动;②无人水面艇具有非线性和时变性的动力学特性,并且艇体的转艏模型与其航速高度耦合,这些都对无人水面艇模型参数的辨识以及基于模型的控制算法的设计提出了更大的挑战.

围绕无人水面艇的建模问题,Fossen[7]提出了6自由度无人水面艇动力学模型,并通过操纵实验计算了动力学因子,得到了精确的动力学模型,并通过实验验证了该模型的有效性.但是该动力学模型相对复杂,不利于实际工程应用.陈霄等[8]提出了一种基于分步实艇数据处理的模型参数辨识算法,详细设计了辨识算法的步骤和流程,并通过湖上操纵性试验获得模型参数.该方法考虑了无人水面艇操纵模型参数辨识过程中存在的“参数相消效应”,但没有进一步研究风、浪、流等外界不确定干扰下的无人水面艇……