一種無人水面艇運動模型參數在線辨識方法

孫曉界， 石林龍,2， 范云生， 王國峰

(1.大連海事大學 信息科學技術學院， 遼寧 大連 116026； 2.上海船舶運輸科學研究所， 上海 200135)

一種無人水面艇運動模型參數在線辨識方法

孫曉界1， 石林龍1,2， 范云生1， 王國峰1

(1.大連海事大學 信息科學技術學院， 遼寧 大連 116026； 2.上海船舶運輸科學研究所， 上海 200135)

為實現無人水面艇運動模型參數的在線辨識，通過Z形操舵和定常回轉的實船操縱性試驗及其數據分析，利用遞推最小二乘法對水面無人艇操縱運動響應型數學模型及舵機響應模型的參數進行辨識，設計并實現一種無人水面艇操縱運動模型參數在線辨識試驗平臺。基于所建立的數學模型和辨識的模型參數搭建無人水面艇操縱運動仿真系統(tǒng)。通過與實船試驗數據進行對比分析，證明模型參數在線辨識試驗平臺設計的正確性和合理性。

船舶工程;無人水面艇；運動模型；遞推最小二乘法；在線辨識

Abstract: The recursive-least-square based online identification of the motion model parameters of the Unmanned Surface Vehicle (USV) is introduced. The process identifies the maneuver response model and ruder gear response model following the maneuverability tests, such as zigzag tests and turning motion tests. The test facility for online identification of the USV motion model parameter is designed and built. The ship handling operation simulation system for the USV is developed based on the identification output. The comparison between the simulation outputs and sea trial results is presented, which shows that they agree with each other quite well, indicating that the model identification is dependable.

Keywords: ship engineering; USV； motion model； recursive least square； online identification

水面無人艇(Unmanned Surface Vehicle, USV)作為監(jiān)測海洋環(huán)境、維護海洋權益的現代化海洋裝備，具有廣闊的應用前景，己成為國內外智能化海洋裝備的研究熱點。[1]面對復雜多變的海洋環(huán)境，獲取水面無人艇操縱運動數學模型的參數既是設計運動控制器的基礎，也是無人艇自主控制技術研究的核心內容之一。通常利用系統(tǒng)辨識的方法確定模型參數，主要包括最小二乘法[2-3]、擴展Kalman濾波法[4]、模型參考及模型參考自適應法[5-7]、極大似然估計法[8-9]、回歸預報誤差法[10]、嶺回歸分析法[11-12]、神經網絡法[13-14]、頻域譜分析法[15]、支持向量機法[16-17]和遺傳算法[18]等。……