基于模糊支持向量機(jī)的無(wú)人艇控制策略研究

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1、：分類號(hào)：密級(jí)ＵＤＣ：：編號(hào)＾工學(xué)碩士學(xué)位論文基于模糊支持向量機(jī)的無(wú)人艇控制策略研究碩士研究生：詹勇指導(dǎo)教師：趙玉新教授學(xué)科、專業(yè)：控制科學(xué)與工程論文主審人：劉利強(qiáng)副教授哈爾濱工程大學(xué)２０１８年３月分類號(hào)：___________密級(jí)：___________UDC：___________編號(hào)：___________工學(xué)碩士學(xué)位論文基于模糊支持向量機(jī)的無(wú)人艇控制策略研究碩士研究生：詹勇指導(dǎo)教師：趙玉新教授學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：控制科學(xué)與工程所在單位：自動(dòng)化學(xué)院論文提交日期：2018年1月論文答辯日期：2018年3月學(xué)位

2、授予單位：哈爾濱工程大學(xué)ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonControlMethodofUnmannedCraftBasedonFuzzySupportVectorMachineCandidate:ZhanYongSupervisor:Prof.ZhaoYuxinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan，2018Dateof

3、OralExamination:Mar，2018University:HarbinEngineeringUniversity基于模糊支持向量機(jī)的無(wú)人艇控制策略研究摘要無(wú)人艇作為融合了控制、導(dǎo)航、路徑規(guī)劃等多學(xué)科為一體的系統(tǒng)，相比常規(guī)的船艇，其復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度都有了很大的提高，但是基于它本身所具備的優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速率快，機(jī)動(dòng)性能好、具有較高的可靠性等，使得其在各種軍事活動(dòng)中擁有重要的地位。另外除了軍事上的使用，民用也開(kāi)始逐步興起，開(kāi)始擔(dān)任水源的檢測(cè)、航運(yùn)的運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)工作，并由此誕生了一批新的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨著智能控制技術(shù)越來(lái)越成熟，對(duì)無(wú)人艇的研究也提出了更高的要求，需要更好的機(jī)動(dòng)和控

4、制能力。本文主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的無(wú)人艇進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，在了解其具體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)。無(wú)人艇的實(shí)物實(shí)驗(yàn)主要采用的是傳統(tǒng)工業(yè)中的非線性PID算法，得到無(wú)人艇實(shí)際運(yùn)行效果，基本滿足控制要求。之后針對(duì)非線性PID的不足，提出模糊支持向量機(jī)的智能算法，通過(guò)采集無(wú)人艇航行過(guò)程中的大量數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，獲得可用模型，相比之前無(wú)人艇實(shí)際航行實(shí)驗(yàn)情況。考慮到模糊支持向量機(jī)在參數(shù)尋優(yōu)和模型過(guò)大方面的缺陷，在此基礎(chǔ)上采用了粒子群算法和權(quán)重剪枝算法對(duì)其改進(jìn)，以此提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和減小模型大小。首先，根據(jù)目前無(wú)人艇的研究情況進(jìn)行敘述，了解相關(guān)發(fā)展。接著采用常用的MMG模型分析技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)

5、人艇進(jìn)行建模，通過(guò)實(shí)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以推導(dǎo)出無(wú)人艇各受力方向上的函數(shù)和特性。其次，通過(guò)和常見(jiàn)機(jī)器人智能架構(gòu)對(duì)比，得出無(wú)人艇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，完成它的軟硬件設(shè)計(jì)。以該方案和非線性PID結(jié)合進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真和實(shí)物運(yùn)行得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)和算法的可行性以及適用性。再次，根據(jù)PID算法具有的缺點(diǎn)，提出模糊支持向量機(jī)的算法，先介紹模糊支持向量機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)無(wú)人艇的航速航向數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和分布特性，分別提出該算法的模糊隸屬度函數(shù)和支持向量機(jī)參數(shù)，進(jìn)行模型訓(xùn)練。訓(xùn)練得到的模型再以部分未使用的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，從中可以得到算法的性能指標(biāo)。最后，在原本的模糊支

6、持向量機(jī)方法上，根據(jù)參數(shù)尋找時(shí)間太長(zhǎng)和訓(xùn)練模型太大提出改進(jìn)方法。在對(duì)于參數(shù)尋優(yōu)方面，粒子群能夠采用啟發(fā)的方式進(jìn)行更快的搜索，而模型大小方面，剪去部分影響不大的權(quán)重能起到較好的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明兩種方法的加入改善了支持向量機(jī)模型訓(xùn)練的時(shí)間和大小，同時(shí)在訓(xùn)練精度和泛化能力上沒(méi)有下降，魯棒性得到相應(yīng)的提升等。關(guān)鍵詞：無(wú)人艇；模糊支持向量機(jī)；粒子群算法；權(quán)重剪枝基于模糊支持向量機(jī)的無(wú)人艇控制策略研究ABSTRACTAsaintegratedsystemofcontrol,navigationandpathplanning,unmannedcraftcomparedwiththeconv

7、entionalboat,itscomplexityanddesigndifficultieshavebeengreatlyimproved,butbasedonitsownadvantages:rapidresponserate,goodmaneuverabilityandhighreliability,sothatithasanimportantpositioninvariousmilitaryactivities.Inadditiontomilitaryuse,civilalsobeg