波浪对鱼雷形长航程AUV微速操纵性的影响分析

在建立适合于鱼雷形长航程自主水下航行器(简称:AUV)微速操纵运动仿真的六自由度数学模型的基础上,基于线性波浪理论建立了波浪对鱼雷形AUV作用力的数学模型,并对 AUV在近水面做悬停运动以及下潜运动时的操纵性受海洋环境力的影响进行仿真研究,结果表明鱼雷形AUV在不同海况波浪的影响下可以稳定的完成定点悬停和垂直下潜运动;二级波浪对鱼雷形AUV操纵性的影响较小,四级波浪对鱼雷形AUV操纵的影响较明显;波浪对AUV操纵性的影响随深度的增加而迅速较小.     

AUV近水面悬浮解耦控制系统设计及仿真

提出一种自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)近水面悬浮解耦控制算法。在系统解耦的基础上通过两套独立的执行机构（水舱）分别实现AUV近水面悬浮时深度和纵倾角度控制。对海洋环境因素进行干扰力建模,在考虑各种环境干扰力作用的情况下通过仿真测试控制器性能,并与之前的仿真结果进行对比。定性地分析海洋环境要素对AUV运动控制器性能的影响,讨论在AUV控制器设计中考虑环境要素变化的必要性。仿真实验证明,提出的AUV悬浮解耦控制器在单纯考虑波浪干扰的情况下能够取得令人满意的控制效果。     

AUV近水面运动的积分变结构控制及仿真

智能水下机器人(AUV)在近水面的运动中,由于波浪干扰力的作用,运动状态会发生明显变化,其近水面的定深控制是比较困难的。本文设计了一个积分变结构控制器,对智能水下机器人进行了近水面运动仿真,有效的防止了水下机器人近水面波浪干扰作用下的埋首上浮现象。首先建立了水下机器人的水动力模型,进行了波浪干扰力的计算,在此基础上给出了水下机器人变结构控制器的设计过程,针对非积分变结构控制器中出现的稳态误差加入积分项,通过仿真对比验证了积分项的加入很好的抑制住了稳态误差且响应速度快、有较好的抗波浪干扰能力。     

干扰力作用下潜艇近水面运动的仿真

潜艇近水面运动时受一介波浪力和二阶波浪力的影响较大，本文对一阶波浪力、二阶波浪力和海流力进行了数值计算，然后把这些干扰力作为干扰项加入静水中的潜艇六自由度运动方程得到潜艇近水面运动模型。最后对潜艇近水面运动模型和压水及操舵对消除波浪力的影响进行了仿真分析，仿真结果与实际情况吻合，说明文中提出的潜艇近水面运动仿真模型是合理有效的。     

GPS天线对近水面航行AUV操纵性的影响分析

在基于一定假设的条件下,建立了计算GPS天线流体动力的数学模型,并建立了GPS天线升出后对GPS导航定位精度影响的数学模型。对鱼雷形AUV通过GPS天线实现导航定位的典型操纵运动进行了仿真研究。结果显示,天线升出后对AUV的操纵性有明显的影响,但对GPS导航精度的影响很小,说明鱼雷形AUV仍然可以通过操纵运动稳定的完成在近水面的导航定位运动。     

基于混合模糊P+ID控制的欠驱动AUV路径跟踪控制及仿真

针对欠驱动自主水下机器人(AUV)水平面路径跟踪控制问题进行研究。基于解析形式描述的单输入模糊控制器,提出了一种混合模糊P+ID控制算法。将其应用于欠驱动AUV路径跟踪控制中的趋近角跟踪控制,研究了控制器设计和参数调节方法,并采用小增益定理对基于混合模糊P+ID控制的趋近角跟踪控制系统的稳定性进行了分析。最后,采用欠驱动AUV非线性动力学模型进行仿真研究,结果表明基于提出的混合模糊P+ID控制的欠驱动AUV路径跟踪控制系统具有很好的鲁棒性和适应性,AUV能够精确跟踪预规划的航行路径。     

基于CAN总线的自主水下航行器内部通信与仿真

自主水下航行器(AUV)的电气控制部件(ECU)大量采用嵌入式微处理器,系统的功能和性能得到了显著提高,但部件间的互连复杂,影响了AUV部件的兼容性和系统的扩展性。论述了基于CAN总线的AUV内部互联结构,对基于报文标志符的CAN总线通信原理,以及AUV深度控制半实物仿真系统的结构进行了详细介绍,最后给出了AUV深度控制半实物仿真结果。     

基于改进PID神经网络算法的AUV垂直面控制

针对一类小型低速自主水下航行器(AUV)的垂直面运动控制问题,设计了一种改进的PID神经网络控制器,实现对水下航行器在垂直面内深度和俯仰角的全局控制。利用REMUS水下航行器模型搭建了Simulink下AUV垂直面仿真控制系统,仿真结果表明,改进的控制方法克服了原方法中饱和区过大的问题,具有良好的动态性能同时能够适应不同的学习速率和网络初始权重,对水下航行器的工程实际应用具有一定参考价值。     

大幅波浪中船舶非线性运动与波浪载荷仿真

对基于切片理论的线性频域预报方法进行扩展,考虑湿表面等非线性因素,给出了船舶在大幅波浪中航行时的非线性波浪载荷计算方法,开发出了仿真平台。通过缩尺船模试验验证了仿真系统的精确性,并对大幅波浪中船舶非线性运动和波浪载荷计算进行了实例仿真研究。     

潜望镜深度潜艇的数学建模与运动仿真

潜艇在潜望镜深度航行时，会受到来自波浪的干扰力。采用波浪频谱的方法来计算波浪对潜艇的作用力和力矩，然后将干扰力叠加在深水中航行的潜艇运动方程上，得到在一阶和二阶波浪力干扰下的潜艇垂直面上的动力学模型。最后使用龙格=库塔法来求解方程，得到潜艇状态参数的仿真曲线，对潜望镜深度的潜艇操纵规律进行分析。计算机仿真结果是合理有效的。     

变化海流环境下AUV能量最优三维路径规划

为获取变化海流环境下自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)的能量最优路径, 基于最优控制理论提出一种用于AUV的三维能量最优路径规划算法。首先, 为了有效抑制海流对路径规划的影响, 将海流向量加入到AUV运动学模型中。其次, 在已知俯仰角及AUV位置的情况下, 利用庞特里亚金极小值原理, 获得能量最优控制律。最后, 利用线性定常系统的状态空间理论, 计算得到初始艏向角、航速以及能量消耗。在仿真环节, 通过与负反馈控制策略相比较, 说明所提算法能够规划出三维能量最优路径, 而且可以有效降低AUV的能量消耗。     

水下机器人自主控制系统的设计与实现

水下机器人(简称AUV)的自主控制系统起着相当于人类"大脑"的作用,它是AUV的核心技术。本文在QNX操作系统下利用多线程技术设计并实现了AUV自主控制系统。介绍了AUV混杂系统结构和自主控制原理,给出了自主控制系统的多线程结构。设计了多线程同步模块,并与QNX消息传递机制相结合实现了AUV自主控制系统线程间的同步与通信。最后在半实物仿真平台上结合具体案例对自主控制系统进行了验证。仿真结果表明AUV自主控制系统能够正确协调各个线程自主完成使命。     

水下航行器组合自导系统声学建模与仿真

组合自导是新型水下航行器制导系统的发展方向,通过仿真手段对其性能及技术特点进行研究是水声仿真研究领域非常关心且亟待解决的问题.对水下航行器组合自导系统的功能及系统构成进行了研究,基于层次化、模块化的建模原则,将组合自导系统分解为13个相互独立的模块,给出了主要模块的数学模型,并利用Visual C 平台在声信号层次上设计并建立了水下航行器组合自导声学仿真系统,仿真结果表明了各模块及整个仿真系统的正确性和有效性.     

基于自适应反演方法的自主水下航行器控制

针对高速自主水下航行器,设计了垂直面内的自适应控制器。大多数自主水下航行器的深度控制都基于小俯仰角假设,但在某些情况下此假设可能会产生较大的模型误差,甚至会导致严重的后果。考虑水下航行器的未知参数和非线性,并且不对俯仰角作任何假设,设计了自适应反演控制器,使闭环系统的深度跟踪具有全局渐近稳定性。仿真表明,该控制器对模型不确定性具有较强的鲁棒性,并且明显优于传统的内外环结构的比例积分微分(proportional integral differential, PID)控制器。     

基于FLUENT软件模拟平面运动机构试验

通过对流体力学软件FLUENT的使用与研究,根据潜水器循环水槽水动力试验的原理,提出了一套潜水器的数字水动力实验方法。该方法能够完全模拟利用小振幅垂直平面运动机构进行的全部水动力试验,并得到相应的水动力系数。通过对某长航程潜水器的计算并与循环水槽试验结果对比表明,该方法有很强的实用性,可以满足潜水器在完成初步设计阶段后对于操纵性能预报的需求。     

基于前视声呐信息的AUV避碰规划研究

在复杂海洋环境中,利用前视声呐获取的障碍物信息指导自治水下机器人（AUV）进行局部避碰。主要采用强化学习的方法对AUV进行控制和决策,综合Q学习算法、BP神经网络和人工势场法对AUV进行避碰规划。强化学习的方法强调AUV在环境的影响中学习,通过环境对不同行为的评价性反馈信号来改变行为选择策略。并且在环境发生变化时,AUV通过学习来实现对新环境的适应,不断改进其自治能力,进而实现在不确定环境下的避障任务。开发了AUV运动规划的虚拟仿真软件系统,仿真实验证明了算法的合理性与可行性。