无人艇技术基础

目 录 第1章 绪论 1 1.1 无人艇概念 1 1.2 无人艇研究现状 2 1.2.1 国内无人艇的应用与发展现状 2 1.2.2 国外无人艇的应用与发展现状 3 1.2.3 关键技术研究现状 5 第2章 无人艇运动数学模型 11 2.1 参考坐标系 11 2.2 运动学模型 12 2.3 动力学模型 13 2.3.1 流体动力数学模型 15 2.3.2 外部干扰力数学模型 17 2.3.3 船舶控制力数学模型 18 2.4 无人艇水平面3自由度运动数学模型 19 2.4.1 无人艇水平面3自由度一般方程 19 2.4.2 简化的无人艇水平面3自由度运动数学模型 20 第3章 无人艇运动控制 21 3.1 基础理论 21 3.1.1 Lyapunov稳定性理论 21 3.1.2 非线性系统的鲁棒性控制 24 3.2 无人艇自动靠泊控制 31 3.2.1 概念 31 3.2.2 控制器设计与稳定性分析 31 3.2.3 仿真实验 35 3.3 无人艇路径跟踪控制 37 3.3.1 基础知识概述 37 3.3.2 制导律设计 42 3.3.3 基于Backstepping滑模的动力学控制器设计 43 3.3.4 闭环稳定性分析 45 3.3.5 仿真实验 46 3.4 无人艇轨迹跟踪控制 50 3.4.1 引言 50 3.4.2 问题描述与预备知识 51 3.4.3 控制算法设计和稳定性分析 55 3.4.4 仿真实验 63 3.4.5 总结 64 3.5 无人艇编队控制 65 3.5.1 虚拟领航方法概述 65 3.5.2 PID控制算法介绍 66 3.5.3 虚拟领航无人艇的路径跟踪误差模型的建立 68 3.5.4 编队误差模型的建立 70 3.5.5 虚拟领航无人艇控制器的设计 71 3.5.6 跟随无人艇控制器的设计 72 3.5.7 仿真实验 74 第4章 自主感知技术与环境建模 79 4.1 雷达感知 79 4.1.1 Gazebo仿真环境的搭建 80 4.1.2 镭神激光雷达驱动安装与启动 82 4.2 光学目标感知 86 4.2.1 Gazebo仿真环境光学目标感知 88 4.2.2 工业单目相机驱动安装与启动 91 4.3 工业单目相机与镭神