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無人帆船建模與運動控制 版權(quán)信息
- ISBN：9787030726254
- 條形碼：9787030726254 ; 978-7-03-072625-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
無人帆船建模與運動控制 本書特色
本書是作者在無人帆船建模與運動控制方面的研究成果，涵蓋無人帆船的氣動力數(shù)值計算、操縱運動數(shù)學建模、帆舵聯(lián)合操縱策略、航速在線優(yōu)化、路徑規(guī)劃、航向控制、路徑跟蹤等問題，研究內(nèi)容較為全面、緊密相扣
無人帆船建模與運動控制 內(nèi)容簡介
本專著系統(tǒng)深入地總結(jié)作者多年來在無人帆船建模與運動控制理論、方法和技術(shù)應用等方面取得的研究成果，涵蓋無人帆船運動建模、航速在線優(yōu)化、路徑規(guī)劃、跟蹤控制等問題，結(jié)合極值搜索、蟻群算法、動態(tài)面技術(shù)、擴張狀態(tài)觀測器等前沿理論和方法，設計無人帆船的航速在線優(yōu)化方案、路徑規(guī)劃方法和運動控制策略。
無人帆船建模與運動控制 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 無人帆船運動與控制機理 2
1.2 帆船氣動力數(shù)值計算研究現(xiàn)狀 4
1.3 無人帆船路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀 5
1.4 無人帆船運動控制研究現(xiàn)狀 6
參考文獻 7
第2章 無人帆船氣動力數(shù)值計算與建模仿真 10
2.1 帆船整體氣動力性能的數(shù)值計算 10
2.1.1 帆船氣動力分析 11
2.1.2 數(shù)值模擬模型 12
2.1.3 帆船整體氣動力性能分析 15
2.1.4 帆船整體氣動力數(shù)據(jù)庫建立 18
2.2 無人帆船操縱運動數(shù)學建模與仿真 23
2.2.1 帆船操縱運動數(shù)學建模 24
2.2.2 帆船操縱運動仿真 28
2.3 帆船操縱可控區(qū)與帆舵聯(lián)合操縱策略 34
2.3.1 均勻風下帆船操縱可控區(qū)分析 35
2.3.2 帆船帆舵聯(lián)合操縱策略 40
參考文獻 44
第3章 無人帆船航速極值搜索控制在線優(yōu)化 45
3.1 無人帆船航速的經(jīng)典擾動極值搜索控制在線優(yōu)化 45
3.1.1 問題描述 45
3.1.2 方案設計 47
3.1.3 穩(wěn)定性分析 48
3.1.4 仿真研究 50
3.2 無人帆船航速的無穩(wěn)態(tài)振蕩擾動極值搜索控制在線優(yōu)化 55
3.2.1 問題描述 56
3.2.2 方案設計 56
3.2.3 穩(wěn)定性分析 57
3.2.4 仿真研究 62
3.3 無人帆船航速的傳統(tǒng)滑模極值搜索控制在線優(yōu)化 67
3.3.1 問題描述 68
3.3.2 方案設計 68
3.3.3 穩(wěn)定性分析 71
3.3.4 仿真研究 73
3.4 無人帆船航速的無穩(wěn)態(tài)振蕩滑模極值搜索控制在線優(yōu)化 77
3.4.1 問題描述 77
3.4.2 方案設計 77
3.4.3 穩(wěn)定性分析 79
3.4.4 仿真研究 81
參考文獻 85
第4章 無人帆船全局和局部路徑規(guī)劃 88
4.1 基于改進蟻群算法的無人帆船全局路徑規(guī)劃 88
4.1.1 基本蟻群算法 88
4.1.2 帶風向因素的改進蟻群算法環(huán)境建模 90
4.1.3 改進蟻群算法啟發(fā)函數(shù)設計 92
4.1.4 改進蟻群算法信息素更新規(guī)則 93
4.1.5 改進蟻群算法步驟 94
4.1.6 仿真研究 96
4.2 基于切向選擇人工勢場法的無人帆船局部路徑規(guī)劃 102
4.2.1 引力勢場 103
4.2.2 斥力勢場 104
4.2.3 逆風風力勢場 106
4.2.4 切向選擇人工勢場法步驟 107
4.2.5 仿真研究 108
4.3 基于切向角度補償人工勢場法的無人帆船局部路徑規(guī)劃 112
4.3.1 無人帆船角度補償 112
4.3.2 切向角度補償人工勢場法步驟 113
4.3.3 仿真研究 115
參考文獻 124
第5章 無人帆船航向自適應動態(tài)面控制 126
5.1 控制增益未知的無人帆船自適應動態(tài)面航向控制 126
5.1.1 問題描述 127
5.1.2 自適應動態(tài)面航向控制器設計 127
5.2 輸入受限無人帆船的自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制 138
5.2.1 問題描述 138
5.2.2 自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制器設計 139
5.2.3 仿真研究 146
5.3 基于非仿射模型的輸入受限無人帆船自適應動態(tài)面航向控制 150
5.3.1 問題描述 150
5.3.2 *小參數(shù)自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制器設計 152
5.3.3 仿真研究 158
參考文獻 162
第6章 無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 164
6.1 基于積分LOS的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 164
6.1.1 問題描述 165
6.1.2 路徑跟蹤控制器設計 168
6.1.3 仿真研究 173
6.2 帶迎風換舷策略的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 178
6.2.1 問題描述 178
6.2.2 迎風換舷策略設計 180
6.2.3 路徑跟蹤控制器設計 181
6.2.4 仿真研究 185
6.3 帶有速度調(diào)節(jié)的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 189
6.3.1 問題描述 190
6.3.2 路徑跟蹤控制器設計 191
6.3.3 仿真研究 195
參考文獻 201
第1章 緒論 1
1.1 無人帆船運動與控制機理 2
1.2 帆船氣動力數(shù)值計算研究現(xiàn)狀 4
1.3 無人帆船路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀 5
1.4 無人帆船運動控制研究現(xiàn)狀 6
參考文獻 7
第2章 無人帆船氣動力數(shù)值計算與建模仿真 10
2.1 帆船整體氣動力性能的數(shù)值計算 10
2.1.1 帆船氣動力分析 11
2.1.2 數(shù)值模擬模型 12
2.1.3 帆船整體氣動力性能分析 15
2.1.4 帆船整體氣動力數(shù)據(jù)庫建立 18
2.2 無人帆船操縱運動數(shù)學建模與仿真 23
2.2.1 帆船操縱運動數(shù)學建模 24
2.2.2 帆船操縱運動仿真 28
2.3 帆船操縱可控區(qū)與帆舵聯(lián)合操縱策略 34
2.3.1 均勻風下帆船操縱可控區(qū)分析 35
2.3.2 帆船帆舵聯(lián)合操縱策略 40
參考文獻 44
第3章 無人帆船航速極值搜索控制在線優(yōu)化 45
3.1 無人帆船航速的經(jīng)典擾動極值搜索控制在線優(yōu)化 45
3.1.1 問題描述 45
3.1.2 方案設計 47
3.1.3 穩(wěn)定性分析 48
3.1.4 仿真研究 50
3.2 無人帆船航速的無穩(wěn)態(tài)振蕩擾動極值搜索控制在線優(yōu)化 55
3.2.1 問題描述 56
3.2.2 方案設計 56
3.2.3 穩(wěn)定性分析 57
3.2.4 仿真研究 62
3.3 無人帆船航速的傳統(tǒng)滑模極值搜索控制在線優(yōu)化 67
3.3.1 問題描述 68
3.3.2 方案設計 68
3.3.3 穩(wěn)定性分析 71
3.3.4 仿真研究 73
3.4 無人帆船航速的無穩(wěn)態(tài)振蕩滑模極值搜索控制在線優(yōu)化 77
3.4.1 問題描述 77
3.4.2 方案設計 77
3.4.3 穩(wěn)定性分析 79
3.4.4 仿真研究 81
參考文獻 85
第4章 無人帆船全局和局部路徑規(guī)劃 88
4.1 基于改進蟻群算法的無人帆船全局路徑規(guī)劃 88
4.1.1 基本蟻群算法 88
4.1.2 帶風向因素的改進蟻群算法環(huán)境建模 90
4.1.3 改進蟻群算法啟發(fā)函數(shù)設計 92
4.1.4 改進蟻群算法信息素更新規(guī)則 93
4.1.5 改進蟻群算法步驟 94
4.1.6 仿真研究 96
4.2 基于切向選擇人工勢場法的無人帆船局部路徑規(guī)劃 102
4.2.1 引力勢場 103
4.2.2 斥力勢場 104
4.2.3 逆風風力勢場 106
4.2.4 切向選擇人工勢場法步驟 107
4.2.5 仿真研究 108
4.3 基于切向角度補償人工勢場法的無人帆船局部路徑規(guī)劃 112
4.3.1 無人帆船角度補償 112
4.3.2 切向角度補償人工勢場法步驟 113
4.3.3 仿真研究 115
參考文獻 124
第5章 無人帆船航向自適應動態(tài)面控制 126
5.1 控制增益未知的無人帆船自適應動態(tài)面航向控制 126
5.1.1 問題描述 127
5.1.2 自適應動態(tài)面航向控制器設計 127
5.2 輸入受限無人帆船的自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制 138
5.2.1 問題描述 138
5.2.2 自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制器設計 139
5.2.3 仿真研究 146
5.3 基于非仿射模型的輸入受限無人帆船自適應動態(tài)面航向控制 150
5.3.1 問題描述 150
5.3.2 *小參數(shù)自適應遞歸滑模動態(tài)面航向控制器設計 152
5.3.3 仿真研究 158
參考文獻 162
第6章 無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 164
6.1 基于積分LOS的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 164
6.1.1 問題描述 165
6.1.2 路徑跟蹤控制器設計 168
6.1.3 仿真研究 173
6.2 帶迎風換舷策略的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 178
6.2.1 問題描述 178
6.2.2 迎風換舷策略設計 180
6.2.3 路徑跟蹤控制器設計 181
6.2.4 仿真研究 185
6.3 帶有速度調(diào)節(jié)的無人帆船路徑跟蹤動態(tài)面控制 189
6.3.1 問題描述 190
6.3.2 路徑跟蹤控制器設計 191
6.3.3 仿真研究 195
參考文獻 201
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無人帆船建模與運動控制 節(jié)選
第1章 緒論 隨著當前機器人技術(shù)以及控制理論的不斷發(fā)展，無人設備在各行各業(yè)中不斷涌現(xiàn)。其中，作為現(xiàn)代海洋技術(shù)標志之一的無人船更是得到了極大的發(fā)展。在傳統(tǒng)的無人船舶技術(shù)中，無人船依靠化石能源或者電能來提供推進動力。但是，由于目前燃料技術(shù)和電池技術(shù)的發(fā)展限制，無人船的單次航行范圍與工作時間遠遠無法滿足當前海洋研究的實際需求。近年來，如何解決“全球變暖”與“碳中和”問題不斷地被各個國家提上議程。我國交通運輸部在《水運“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中，提出了當前的主要任務是節(jié)能減排，大力推進節(jié)能降碳的船舶運輸裝備設計[1]。在人類歷史中，帆船一度長期、廣泛地被應用于海洋探索和海上運輸?shù)茸鳂I(yè)領(lǐng)域。在上述背景下，帆船由于其綠色、節(jié)能等與生俱來的優(yōu)勢，又重新回到了研究人員的視線中。傳統(tǒng)的帆船與現(xiàn)代材料學、控制理論、計算機技術(shù)等相結(jié)合，誕生了無人帆船這一新型的無人船。無人帆船可以從外界環(huán)境中獲取動力，無須攜帶大量燃料或者電池，可以突破能源對于無人船航行范圍與工作時間的限制。因此，無人帆船在保持其原有環(huán)保節(jié)碳能力的同時，更具備了傳統(tǒng)無人船欠缺的長航時能力，適用于海洋資源勘探、環(huán)境監(jiān)測、遠海測繪、海事監(jiān)察等任務[2]。 無人帆船相較于傳統(tǒng)無人船，其完全依靠外界風力驅(qū)動，由于自然環(huán)境中的風能無法人為控制，這極大地增加了無人帆船的控制難度。無人帆船水線面以上受風面積變大，風帆在風力作用下，除了會在船體縱向產(chǎn)生推進力外，還會產(chǎn)生側(cè)向力、偏航力矩以及使橫搖幅值變大的橫搖力矩，這使得船舶的操縱性能發(fā)生改變，且易產(chǎn)生橫向漂移，造成航線偏離。在復雜的海況下，同時合理地操舵和調(diào)整帆角以實現(xiàn)無人帆船的自主航行，是一項極具挑戰(zhàn)的任務。為更好地實現(xiàn)無人帆船的安全和自主航行，有必要對帆船氣動力性能及帆船操縱性能展開系統(tǒng)研究，為帆船航行控制提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。如何充分利用風能設計合理的航速在線優(yōu)化方案對提升帆船的整體性能具有重要作用。另外，考慮在風場約束條件下，如何規(guī)劃出合理有效的無人帆船航行路徑是實現(xiàn)其自主航行的前提。無人帆船在航行中會遭遇許多未知航行危險及外界環(huán)境中風、浪、流等海洋干擾，這給無人帆船自動化技術(shù)發(fā)展和工程實現(xiàn)帶來了諸多困難，因此探索有效的控制策略并應用于無人帆船運動控制中，對促進海洋風能這種可再生綠色能源的高效利用，積極推動無人帆船在海洋資源勘探和環(huán)境監(jiān)測等方面的工程應用具有重要意義。 1.1 無人帆船運動與控制機理 無人帆船與螺旋槳驅(qū)動或噴水驅(qū)動的無人船相比，在運動機理上有著較大的差別。無人帆船的運動受風向影響較大，速度難以控制（一方面是難以提速，因為一般情況下控制無人帆船在*高速度下航行；另一方面是無法急停），并且無人帆船不具備朝各個方向移動的能力。如圖1.1.1所示， a逆風航行帆船駛?cè)虢絽^(qū)，該區(qū)域內(nèi)帆船無法獲得前進推力； e順風航行帆船駛?cè)氲托^(qū)，帆船可以航行，但是航行效率較低，因此應當控制帆船在 b、c、d狀態(tài)。 圖1.1.1 無人帆船航行方向與區(qū)域劃分 a.逆風航行；b.迎風航行；c.橫風航行； d.后舷風航行；e.順風航行 無人帆船在逆風狀態(tài)下無法直接前進，須采用逆風航行策略，即圖1.1.2（a）所示的逆風鋸齒航行路線（500m）。帆船在順風狀態(tài)下可以保持直線狀態(tài)航行，采用順風鋸齒航行路線［圖1.1.2（b）］時帆船航速高于順風直線航速，而且速度增量完全可以彌補由鋸齒航行路線帶來的航行距離增量。 無人帆船的推力來自不可控、不可預測的風，而且帆受到復雜的空氣動力影響，船身受到復雜的水動力影響，表現(xiàn)出較為復雜的行為，無人帆船的自主控制是一個高度非線性時變問題。對于底層帆和舵的控制，現(xiàn)階段大多采用帆和舵分離控制方案。 圖1.1.2 航向上逆風、順風航行路線 帆控制的輸入量包括風向和船的方向夾角，輸出量是帆的轉(zhuǎn)角。帆的控制中較為重要的是逆風航行換舷和順風航行換舷兩種控制狀態(tài)。逆風航行換舷過程如圖1.1.3（a）所示：船艏偏向來流，到位置1時調(diào)整帆；改變船艏朝向，使另一側(cè)船舷受風（位置2），調(diào)整帆；帆船進入新的航路（位置3）。順風航行換舷比逆風航行換舷難度更大，除了要求對帆和舵同時進行操作之外，還應遵從圖1.1.3（b）所示步驟：無人帆船船艉偏向來流，到達位置1時橫傾接近于零；與逆風航行換舷不同的地方在于當船艏偏轉(zhuǎn)后（位置2），控制帆從左側(cè)移動到右側(cè)位置；帆船進入新的航路（位置3）。 圖1.1.3 逆風航行與順風航行換舷過程 舵控制的輸入量包括當前速度矢量和路徑方向之間的夾角（航向角誤差）、當前位置與預定航線之間的垂直距離，輸出量是舵的轉(zhuǎn)角。帆控制器通過采集實時輸入信息來為帆船提供足夠的前進動力，對帆的控制主要以速度*快為目標并且防止帆船傾覆。舵控制器通過路徑規(guī)劃層給定的航向信息調(diào)整舵角，使帆船沿著設定的航線行駛。目前的研究大多采用帆舵分離的控制方法，但需要注意的是舵角度的變化必然會導致風帆攻角的變化，因此要想實現(xiàn)更加精準的控制就需要考慮帆和舵的耦合控制。例如航向控制穩(wěn)定性取決于舵扭矩的范圍，后者又與帆船速度的平方成正比。因此，通過選擇*佳帆角，使帆產(chǎn)生*大縱向力推動帆船以*大速度航行可有助于提高帆船的航行控制穩(wěn)定性。 1.2 帆船氣動力數(shù)值計算研究現(xiàn)狀 作用在帆船的空氣動力特性可分為帆翼的空氣動力特性和海上船體上層建筑的空氣動力特性，主要包括升力特性、阻力特性、推力特性、橫向力特性和偏航力矩特性等[3]。目前對帆船的空氣動力性能研究主要有三個方面：試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬。1928年 Curry[4]首次研究論述了帆船氣動力性能并對帆翼模型進行風洞試驗，其對帆船氣動力研究是開創(chuàng)性的。施立人[5]的風帆課題小組在風洞試驗中分別對無帆船模和裝帆船模的空氣動力性能進行試驗，得出船模的吃水、傾側(cè)角和航向角的變化對船模的空氣動力性能有較大的影響。 Milgram[6]利用渦格理論進行了一系列帆翼動力研究，并基于渦格升力面法分析了帆外形對帆動力的影響。近年來，由于計算機科學技術(shù)的極大進步，計算流體力學（computational fluid dynamics，CFD）被廣泛應用，許多數(shù)值模擬的工具可以對雷諾平均納維-斯托克斯（Reynolds averaged Navier-Stokes，RANS）方程進行全域求解[7]。相比試驗研究和理論分析，CFD模擬計算具有耗時更少、消費更低的優(yōu)點，同時可以更加深刻細致地觀察流體運動過程和性能參數(shù)的變化。 到目前為止，許多學者對影響風帆空氣動力性能的帆型、風場、多帆等諸多因素進行了研究。 Nascimbene[8]通過數(shù)值計算得到風帆帆布*佳的厚度和紗線分布方向，使風力均勻分布在整個結(jié)構(gòu)，以提高帆船的機動性。 Kusaiynov等[9]基于三角帆的來流數(shù)值模擬方法證明了帆翼的阻力和升力與來流速度是單調(diào)函數(shù)關(guān)系。基于 NACA0006翼型風帆和圓弧型風帆，胡以懷等[10]設計了一種新的帆型，通過風洞試驗和數(shù)值模擬證明其升力系數(shù)有很大提高，改善了傳統(tǒng)風帆的空氣動力性能。林虹兆等[11]設計了帶有縫翼和襟翼類型的襟翼帆，通過風洞試驗和仿真計算證明這種設計提高了風帆的升力。Viola等[12]結(jié)合多類風帆的風洞試驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果證明帆面壓力的大小與湍流黏度有關(guān)，并設計一種基于勢流理論和黏性修正的氣動力模型，此模型可以更好地擬合試驗結(jié)果。在考慮海面航行復雜風場條件下，胡文蓉等[13]針對風帆在梯度風的空氣動力性能進行數(shù)值研究，并分析影響風帆空氣動力性能的各種因素，如風帆的拱度、傾角、扣角以及來流的方向。根據(jù)胡文蓉等[13]對風帆在梯度風中的數(shù)值研究，馬勇等[14]比較了均勻風和梯度風情況下帆翼空氣動力性能隨帆攻角變化的差異，結(jié)果表明同一帆攻角下均勻風情況下的升力、阻力系數(shù)都大于梯度風情況下的升力、阻力系數(shù)。馬勇等[14]研究了單帆帆船的空氣動力性能，而劉麗娜[15]則針對雙帆運動帆船帆翼用兩種方法進行建模，對比帆翼的壓力、速度、流線分布以及升力和阻力系數(shù)等數(shù)值模擬，選取較優(yōu)的建模方法并分析雙帆之間空氣動力性能的影響。 1.3 無人帆船路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀 近年來國內(nèi)許多學者針對無人帆船路徑規(guī)劃展開了一系列研究。許勁松等通過速度*優(yōu)法實現(xiàn)無人帆船的短途路徑規(guī)劃，在風場變化時均能得到有效的短途路徑規(guī)劃結(jié)果[16]，同時，通過多維動態(tài)規(guī)劃法有效地解決了無人帆船的長途路徑規(guī)劃問題，在當前位置以外引入已航行路徑長度作為第三維狀態(tài)變量，起到了很好的自主決策輔助作用[17]。葛艷[18]將帆船運動路徑的規(guī)劃定義為一個時變、非線性、受約束、不確定性系統(tǒng)的優(yōu)化問題，并針對帆船直線航行比賽問題，提出了基于進化規(guī)劃理論的*優(yōu)路徑動態(tài)規(guī)劃方法，得到準確高效的帆船直線航行狀態(tài)下路徑規(guī)劃結(jié)果。此外，針對帆船直線航行比賽路徑問題，葛艷等[19]提出一種基于模糊綜合評價和動態(tài)規(guī)劃理論的帆船直航訓練*優(yōu)路徑動態(tài)規(guī)劃方法。針對帆船比賽中*優(yōu)行駛路徑規(guī)劃的問題，邢惠麗等[20，21]提出根據(jù)賽場環(huán)境參數(shù)的實時變化，通過基于模糊綜合評價的帆船直航比賽*優(yōu)路徑規(guī)劃方法使帆船局部狀態(tài)保持*優(yōu)，再利用寬度優(yōu)先搜索算法實現(xiàn)全局*優(yōu)路徑搜索。杜勝等[22]考慮風場的不均勻性對航線規(guī)劃的影響，以航行時間*短為目標，采用遺傳算法實現(xiàn)對無人帆船追蹤航路點的優(yōu)化。 國外學者對無人帆船路徑規(guī)劃問題也展開了相關(guān)研究。 Clément等針對無人帆船自主航行中所受推力不可測和復雜的運動學問題，基于人工勢場法的思想，根據(jù)無人帆船周圍所處環(huán)境設定額外勢場，在無人帆船迎風航行和順風航行的不同情況下，*終設計整套無人帆船系統(tǒng)并且規(guī)劃出符合無人帆船模型的可行路徑[23-25]。Stelzer等[26]通過優(yōu)化船與目標之間距離的時間導數(shù)，解決了無人帆船處于迎風航行狀態(tài)時調(diào)整轉(zhuǎn)向的問題，*后在不同風況下得到符合無人帆船合理轉(zhuǎn)向的路徑規(guī)劃結(jié)果。此外，Langbein等[27]將 A*算法應用到帆船的長途路徑規(guī)劃中，以帆船到達*終航路點的航行時間為代價函數(shù)，通過天氣數(shù)據(jù)融合了風向?qū)σ?guī)劃路徑的影響。Less’Ard等[28]提出了一種基于投票算法的無人帆船路徑規(guī)劃方法，設置了對航路點追蹤、搶風以及避碰等操縱及其對應規(guī)劃路徑的投票機制，票數(shù)*多的規(guī)劃路徑享有導航的優(yōu)先權(quán)。Saoud等[29]根據(jù)天氣、靜態(tài)障礙物信息采用迪杰斯特拉算法實現(xiàn)無人帆船的全局路徑規(guī)劃，根據(jù)實時風向、動態(tài)障礙物信息采用勢場法實現(xiàn)無人帆船的局部路徑規(guī)劃。 綜上所述，國內(nèi)外學者對于無人帆船路徑規(guī)劃問題已經(jīng)有了一定程度上的研究。然而，在無人帆船實際航行過程中還應考慮風場約束和障礙物位置情況。因此，在已有研究的基礎(chǔ)上，對帶風場約束的無人帆船路徑規(guī)劃問題開展研究是至關(guān)重要的。 1.4 無人帆船運動控制研究現(xiàn)狀 無人帆船控制系統(tǒng)中輸入分別為帆角和舵角。通過改變輸入舵角可以實現(xiàn)無人帆船航向保持或者航向跟蹤控制，而在絕對風向保持固定的時候，改變帆角可以改變風帆對于風能的捕獲，進而改變無人帆船的航速。目前上述兩個方面是無人帆船控制研究的主要方向。 純風力驅(qū)動的無人帆船風帆的控制決定著無人帆船能否捕獲足夠的風能，保證無人帆船可以正常航行。因此，目前對于無人帆船風帆的控制大部分是研究如何獲得*優(yōu)化的帆角，使帆船速度達到極值。王倩[30]根據(jù)人工操帆經(jīng)驗，設計帆角與相對風向角的模糊邏輯控制器。羅瀟[31]基于空氣動力學分析風帆空氣動力特性，獲得不同相對風向角下風帆*大升力，進而設計出*佳操帆策略，同時根據(jù)其*佳操帆策略設計相應算法，實時計算當前位置*佳艏向角，以航速*優(yōu)化為目標，在風場中規(guī)劃出*佳路徑。沈智鵬等[32]基于 RANS方程和 standard k-.湍流模型對帆船整體的空氣動力特性進行了數(shù)值模擬。文獻[33]在文獻[32]的基礎(chǔ)上計算出不同風力下*佳操帆策略。上述方法均是假設風帆參數(shù)均完全已知，但是實際工程中，風帆形式多
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