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第1章 绪论2

1.1 航行器的定义及分类2

1.2 航行器的系统组成3

1.3 航行器发展4

1.3.1 国外发展状况4

1.3.2 国内发展状况7

1.4 航行器控制技术的发展历程8

1.4.1 国外研究状况8

1.4.2 国内研究状况12

参考文献16

第2章 航行器控制系统的约束21

2.1 航行器控制系统的基本组成21

2.2 感知系统的约束22

2.2.1 感知系统的基本结构22

2.2.2 环境感知系统模型23

2.3 碍航物的约束26

2.3.1 障碍物建模与分析26

2.3.2 障碍物运动检测32

2.4 执行机构的约束33

2.4.1 螺旋桨推进装置34

2.4.2 舵装置35

2.4.3 均衡装置36

2.4.4 矢量复合推进装置37

2.4.5 新型推进装置39

2.5 海流干扰的约束40

2.5.1 海流影响分析41

2.5.2 无漩涡海流41

2.5.3 漩涡海流42

2.6 近水面海浪干扰的约束45

2.6.1 长峰波随机海浪45

2.6.2 波浪力和力矩47

2.7 非结构化不确定性扰动48

2.8 模型不确定性扰动48

参考文献48

第3章 航行器控制系统的体系结构50

3.1 控制系统的体系结构50

3.1.1 体系结构概述50

3.1.2 体系结构设计原则50

3.2 控制系统体系结构的分类51

3.2.1 分层递阶体系结构51

3.2.2 基于行为的体系结构53

3.2.3 混合式体系结构55

3.3 控制系统体系结构实例56

3.3.1 航行器控制系统硬件结构56

3.3.2 航行器控制系统软件结构58

3.4 行为仲裁的分层递阶控制体系结构60

3.4.1 基于行为仲裁的航行器控制过程中的定义60

3.4.2 具有行为仲裁的航行器体系结构描述62

参考文献66

第4章 航行器控制器前级技术68

4.1 控制系统的观测器68

4.1.1 可观性68

4.1.2 Luenberger观测器68

4.1.3 非线性无源观测器69

4.2 控制系统的滤波器70

4.2.1 低通滤波器70

4.2.2 Notch滤波器71

4.2.3 离散系统卡尔曼滤波器71

4.2.4 连续系统卡尔曼滤波器72

4.2.5 扩展卡尔曼滤波器72

4.3 控制系统预测技术73

4.3.1 对动态障碍物的预测73

4.3.2 航行器运动位置的预报75

4.3.3 行为预测82

4.4 航行器数据融合技术83

4.4.1 多源信息融合83

4.4.2 行为融合92

4.4.3 态势融合93

参考文献95

第5章 航行器任务自主控制技术97

5.1 自主控制与决策的概念97

5.1.1 基本概念及特性97

5.1.2 自主控制的分级97

5.2 任务规划与任务控制98

5.2.1 任务分解及重规划98

5.2.2 任务规划与任务控制概述98

5.2.3 任务规划与任务控制设计实例——基于分层递阶Petri网的任务控制99

5.3 路径规划109

5.3.1 路径规划概述109

5.3.2 路径规划相关问题109

5.3.3 航行器路径规划的实例113

5.4 自主学习与自主决策119

5.4.1 自主学习与自主控制技术概述119

5.4.2 环境感知方法121

5.4.3 数据融合128

5.4.4 自主学习方法129

5.4.5 自主决策方法135

5.5 故障诊断145

5.5.1 故障诊断的概述及分类145

5.5.2 故障诊断的流程146

5.5.3 航行器故障诊断的方法146

5.5.4 故障诊断的实例——基于灰色动态预测的航行器传感器故障诊断148

参考文献151

第6章 航行器的运动控制技术153

6.1 航行器的运动模型及控制特性153

6.1.1 航行器的运动模型154

6.1.2 航行器的动力学模型157

6.1.3 航行器的6－DOF空间运动方程162

6.1.4 航行器的特性分析164

6.2 航行器路径跟踪控制178

6.2.1 航行器水平面路径跟踪179

6.2.2 基于自适应PID的空间路径跟踪控制179

6.2.3 基于迭代滑模的空间路径跟踪控制183

6.3 航行器轨迹跟踪控制190

6.3.1 航行器水平面轨迹跟踪191

6.3.2 航行器三维轨迹跟踪201

参考文献209

第7章 航行器编队控制技术212

7.1 航行器编队的体系结构212

7.1.1 常见的群体体系结构213

7.1.2 航行器编队系统的体系结构215

7.2 航行器编队控制技术217

7.2.1 基于改进人工势场的编队控制217

7.2.2 基于图论的编队控制225

7.3 路径跟随条件下的航行器编队控制229

7.3.1 直线路径跟踪下多航行器的协调编队控制229

7.3.2 曲线路径跟踪下多航行器的协调编队控制238

7.3.3 通信约束下多航行器的协调路径跟踪控制247

参考文献253

第8章 航行器控制测试与验证技术255

8.1 仿真控制效果评价技术255

8.2 航行器控制虚拟仿真技术257

8.2.1 仿真硬件系统构建257

8.2.2 仿真软件系统的设计258

8.3 航行器HILS控制技术263

8.3.1 航行器HILS特点264

8.3.2 航行器HILS需求264

8.3.3 航行器HILS控制系统的组成及功能265

8.4 航行器内场测试技术267

8.4.1 内场水池测试268

8.4.2 小范围动态测试269

8.5 航行器外场测试技术271

8.5.1 外场跟踪技术271

8.5.2 外场测试与验证技术273

参考文献277