本書就無人艇的運動控制、自主感知與路徑規劃等的相關原理和設計展開介紹與擴展，基本囊括了無人艇運動控制與路徑規劃的主要內容。本書的主要內容包括：國內外無人艇的應用與發展現狀和關鍵技術研究現狀，無人艇的運動學模型、動力學模型及水平面3自由度運動數學模型，無人艇自動靠泊控制、路徑跟蹤控制、軌跡跟蹤控制和編隊控制的控制器設計及仿真，用Gazebo仿真軟件完成工業單目相機與鐳神激光雷達的聯合標定及多傳感器融合建模，以及全局和局部的多種路徑規劃算法。本書中提供了基本的原理方法介紹和計算推導實例，內容全面，實用性強，適用范圍廣，可作為高等院校船舶與海洋工程、控制理論與控制工程等相關專業高年級本科生和研究生的課程教材，也可作為無人艇運動數學模型、無人艇運動控制、自主感知技術與環境建模、無人艇路徑規劃方面的參考資料。
王曰英，2006年在北京理工大學機械工程及自動化專業獲得工學學士學位，2010年在上海交通大學導航、制導與控制專業獲得工學碩士學位，2015年在上海交通大學控制科學與工程專業獲得工學博士學位。2015年至2017年在上海交通大學任博士后，2017年至2019年在上海工程技術大學任副教授，2019年至2021年在上海大學擔任副教授，2021年至今任上海大學教授、博導。2021年度國家優秀青年基金獲得者，2022年度科睿唯安交叉學科領域"全球高被引科學家”，獲得中國自動化學會自然科學二等獎、上海市自然科學二等獎各一項。以第一/通訊作者發表高水平學術論文20余篇,授權國家發明專利10余件，主持國家自然科學基金優青、面上和國防項目等國家級項目5項。目前兼任IEEE高級會員，中國自動化學會集成自動化技術專業委員會和自適應動態規劃與強化學習專業委員會委員，擔任國際SCI期刊《Electronics Letters》、《International of Control, Automation, and Systems》、《International Journal of Fuzzy Systems》、《International Journal of Electronics》和《Journal of Electrical Engineering & Technology》的副編輯。主要從事智能控制理論與應用，和海洋智能無人裝備研制等方面的研究工作。系統性地提出了一種新的模糊積分滑�？刂品椒ǎ行Э朔艘延蟹椒ǖ木窒扌�，提出并建立了基于FLKF的分析與綜合方法，有效降低了采樣控制器設計的保守性和通信負擔。此外，解決了部件故障、狀態約束和輸入飽和等受限因素下的系統控制問題，所得成果應用于解決無人艇、飛行器和電氣電路等實際系統的控制問題，進行了仿真和部分實驗驗證。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 無人艇概念 1
1.2 無人艇研究現狀 2
1.2.1 國內無人艇的應用與發展現狀 2
1.2.2 國外無人艇的應用與發展現狀 3
1.2.3 關鍵技術研究現狀 5
第2章 無人艇運動數學模型 11
2.1 參考坐標系 11
2.2 運動學模型 12
2.3 動力學模型 13
2.3.1 流體動力數學模型 15
2.3.2 外部干擾力數學模型 17
2.3.3 船舶控制力數學模型 18
2.4 無人艇水平面3自由度運動數學模型 19
2.4.1 無人艇水平面3自由度一般方程 19
2.4.2 簡化的無人艇水平面3自由度運動數學模型 20
第3章 無人艇運動控制 21
3.1 基礎理論 21
3.1.1 Lyapunov穩定性理論 21
3.1.2 非線性系統的魯棒性控制 24
3.2 無人艇自動靠泊控制 31
3.2.1 概念 31
3.2.2 控制器設計與穩定性分析 31
3.2.3 仿真實驗 35
3.3 無人艇路徑跟蹤控制 37
3.3.1 基礎知識概述 37
3.3.2 制導律設計 42
3.3.3 基于Backstepping滑模的動力學控制器設計 43
3.3.4 閉環穩定性分析 45
3.3.5 仿真實驗 46
3.4 無人艇軌跡跟蹤控制 50
3.4.1 引言 50
3.4.2 問題描述與預備知識 51
3.4.3 控制算法設計和穩定性分析 55
3.4.4 仿真實驗 63
3.4.5 總結 64
3.5 無人艇編隊控制 65
3.5.1 虛擬領航方法概述 65
3.5.2 PID控制算法介紹 66
3.5.3 虛擬領航無人艇的路徑跟蹤誤差模型的建立 68
3.5.4 編隊誤差模型的建立 70
3.5.5 虛擬領航無人艇控制器的設計 71
3.5.6 跟隨無人艇控制器的設計 72
3.5.7 仿真實驗 74
第4章 自主感知技術與環境建模 79
4.1 雷達感知 79
4.1.1 Gazebo仿真環境的搭建 80
4.1.2 鐳神激光雷達驅動安裝與啟動 82
4.2 光學目標感知 86
4.2.1 Gazebo仿真環境光學目標感知 88
4.2.2 工業單目相機驅動安裝與啟動 91
4.3 工業單目相機與鐳神激光雷達聯合標定 93
4.4 多傳感器融合建模 105
第5章 無人艇路徑規劃 107
5.1 無人艇全局路徑規劃 107
5.1.1 引言 107
5.1.2 電子海圖 107
5.1.3 環境建模 111
5.1.4 常用的全局路徑規劃算法 112
5.2 無人艇局部路徑規劃 130
5.2.1 引言 130
5.2.2 避碰規則 131
5.2.3 碰撞風險 132
5.2.4 常用的局部路徑規劃算法 138
5.2.5 人工勢場法 141
參考文獻 145
新書資訊