无人水面艇是一种可执行侦查、搜索、反潜、水文监测、地理勘察等任务的高性能、智能化、信息化、自主化的海上利器,性能优良的无人水面艇必须具备操纵性好、机动灵活、实用性强等条件。为了获得无人水面艇的各项性能参数,需要为无人水面艇建立合适的运动模型,并通过各种方法辨识得到模型参数,才能在航向控制器的设计中提供准确可靠的信息。为此,本文以大连海事大学“蓝信号”无人水面艇为研究对象,建立了该艇的操纵运动模型,并对模型进行辨识,获得了准确的模型参数。本文主要的研究内容有:(1)为研究无人水面艇的运动,选择惯性参考坐标系和附体参考坐标系作为建模参考,将无人水面艇的运动建模从运动学建模和动力学建模两方面进行研究,从而建立无人水面艇的六自由度运动模型;在此基础上,根据实际情况忽略外部干扰,简化得到三自由度运动模型;再结合分离型模型建模思想和推进器特性,建立响应型模型,包括艉机模型、Nomoto模型和Norrbin模型,从而为后文的模型辨识奠定了理论基础。(2)差分进化算法是优化算法中的一种,本文详细介绍了差分进化算法的原理、流程及算法改进型,分析了各个参数对算法性能的影响,为模型的辨识提供了条件。为了方便辨识模型,自主设计了一套辨识系统,该套系统分为硬件系统和软件系统,硬件系统负责数据采集和指令执行,软件系统融合了差分进化算法,负责数据显示、数据存储和模型辨识。(3)利用改进差分进化算法对无人水面艇的三自由度运动模型、艉机模型、Nomoto模型和Norrbin模型进行辨识。辨识得到模型参数后,在相同的输入条件下,将模型的仿真输出与实船采集的数据进行比对,从速度、艏向角拟合效果、回转直径、仿真艏向角与实际艏向角的均方根误差等多个角度验证辨识结果的准确性。此外还与标准差分进化算法和递推最小二乘法辨识得到的结果进行比较,证明了改进差分进化算法在本文中的辨识效果总体上优于递推最小二乘法,且辨识时间总体上小于标准差分进化算法。