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基于SAC算法的船舶自动靠泊系统：深度强化学习实现与调试

摘要

本文详细介绍了基于Soft Actor-Critic（SAC）算法的船舶自动靠泊系统的实现与调试过程。我们首先构建了一个符合真实船舶动力学特性的仿真环境，然后实现了SAC算法及其改进版本，最后通过大量实验验证了算法在船舶自动靠泊任务中的有效性。本文提供了详细技术文档，涵盖船舶动力学建模、SAC算法原理、代码实现细节、调试过程和实验结果分析。

1. 引言

1.1 研究背景与意义

船舶自动靠泊是航海自动化领域的关键技术之一，对于提高港口运营效率、减少人为操作失误、增强航行安全具有重要意义。传统的自动靠泊系统通常基于PID控制或滑模控制等方法，但这些方法在面对复杂海况和船舶非线性动力学特性时表现有限。

深度强化学习（Deep Reinforcement Learning, DRL）通过结合深度学习的感知能力和强化学习的决策能力，为解决复杂控制问题提供了新思路。SAC算法作为一种最先进的最大熵强化学习算法，因其样本效率高、训练稳定和探索能力强等特点，特别适合应用于船舶控制这类连续动作空间问题。

1.2 系统架构概述

本系统由以下核心模块组成：

1. 船舶动力学仿真环境：基于MMG模型构建的船舶运动仿真器
2. SAC算法实现：包括Actor网络、Critic网络和经验回放机制