随着海洋开发活动的加强,海上航运和生产活动繁忙,海上事故多发、人命搜救等问题日益突出。而我国现有的船艇装备无法在高海况或高危环境下开展巡航搜救或应急反应,制约了海事业务的发展。随着相关技术的发展,开发无人驾驶巡航搜救船舶,已成为目前国际上的发展趋势。本文以武汉理工大学自主创新研究基金和实际项目为依托,设计了无人多功能海事船综合控制系统,重点对其核心部分——自主航行单元的关键问题展开深入研究,最后设计和搭建了模型船控制系统,为控制系统功能的实现提供验证平台。本文在分析国内外无人船发展概况及当前船舶运动控制策略的发展研究现状基础上,结合无人多功能海事船的功能定位,深入分析和总结出了综合控制系统的功能需求,设计了综合控制系统的总体框架,并对其中自主航行单元进行了详细设计。船舶运动数学模型是自主航行单元设计的基础,本文针对三体船船型特点运用MMG模型建模思想,建立了二阶Nomoto数学模型。详细阐述了各水动力导数计算方法,重点解决了加速类导数计算这一难题,并建立了相应的风、浪、流干扰力数学模型。由于航向控制器设计是自主航行单元的关键,论文对经典PID航向控制器的设计与仿真进行讨论,考虑到PID控制不具有鲁棒性,抗干扰效果差,本文提出了模糊PID航向控制器。并对两种航向控制器在不同海况下进行了Simulink仿真,结果表明模糊PID控制抗扰性优于经典PID控制。最后论文以EPCS-9000工控主板为主控器,完成了控制系统硬件设计；并对模型船控制平台软件系统进行了设计。其中下位机软件基于Windows CE6.0平台完成了软件框架设计和通讯协议的设计,上位机监控软件基于Visual Basic6.0平台完成了软件框架设计和部分界面的设计工作,由此搭建了模型船实验平台。本文研究工作为无人船智能控制系统的理论研究和实验提供了参考,为项目的后续研发工作奠定了基础。
