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。     

远程AUV微速操纵性仿真研究

建立了适合于远程AUV大攻角微速条件下运动仿真的六自由度数学模型，对AUV在定点旋转、垂直上浮下潜、水平左右横移等形式的微速运动下的操纵性进行了仿真研究。结果显示AUV在微速条件下可以稳定的运动；鱼雷形AUV在水平、垂直方向的操纵性能基本相同。并经过与湖上试验结果的对比，说明了仿真结果真实可信。     

波浪干扰下的AUV纵向运动建模与模型预测控制

针对近水面航行的AUV,研究了其波浪影响下定深控制问题。基于弗劳德—克雷洛夫假设(Froude-Krylov Hypothesis),采用切片理论计算AUV近水面运动中受到的随机波浪干扰力和力矩,并以此作为扰动项建立随机波浪作用下AUV纵向运动的线性化数学模型。采用模型预测控制方法进行仿真研究,使AUV的航行深度和俯仰角达到期望值。仿真结果表明:该方法能够有效提高AUV近水面航行过程中的抗波浪干扰能力,系统具有良好的动态性能。     

关于船舶运动仿真系统的看法

船舶是在水介质中运动的载体。多年来对船舶操纵性的研究，已积累了大量的知识，拥有各种准确度的数学模型。并在此基础上国内外均开发成功多台船舶操纵仿真器。最近更使用卫星定位技术，直接在实船操纵性试验中获得模型的各项参数。对于船舶在海浪中的摇摆研究，也已取得长足的进展。因此，有关船舶运动的全套数学模型已经比较成熟。在此基础上，建立船舶操纵控制的仿真系统，通常的做法是船体本身由计算机中的仿真数学模型取代，为了检验操纵与控制设备（各种自动舵、防撞鳍等）样机及其最佳参数的整定，只需通过接口将设备与计算机相连接…     

自主式水下潜器导航仿真系统研究

基于Windows网络平台用VC 语言开发出了自主式水下潜器(简称AUV)导航仿真系统,论述了仿真系统的体系结构、网络通信和数据交换;详细介绍了仿真系统中运动载体计算机和导航设备计算机的软件实现方法和关键技术;对重力匹配和地形匹配算法也作了相应的介绍;对仿真平台进行了仿真验证分析。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。该仿真系统可作为演示、验证和评估AUV导航系统正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,并已得到实际应用。     

拖轮协助大型舰船靠泊操纵建模及仿真

拖轮协助大型舰船靠泊操纵,包括拖轮接近舰船的操纵运动和拖轮协助舰船在泊位附近的推拉操纵运动,是两个海上浮动物体的可控运动。选用二阶非线性响应方程建立舰船的操纵性方程,给出了拖轮推力计算、缆力计算、船间力和船码头间碰撞力计算方法,并在舰船操纵性自由机动方程中附加了风、流、缆、碰撞力等诸多外力作用,实现了对拖轮贴靠舰船与拖轮协助舰船靠泊过程中诸多外力影响的操纵实时仿真。     

自主式水下潜器虚拟仿真系统研究

基于软件平台MultiGenCreatorPro和Vega开发出自主式水下潜器(简称AUV)虚拟仿真系统。论述了仿真系统体系结构、信息流、AUV运动模型与空间一致性方法;介绍了数据交换方式、主要的仿真功能、实时视景生成与显示技术;给出了AUV基于路径规划的三维仿真结果。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,采用的运动模型和仿真算法满足了系统仿真的实时性要求,可逼真地演示AUV的自主运动过程。该仿真系统作为演示并验证AUV自主能力与动态控制方法正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,已得到实际应用。     

高空空投AUV全弹道建模与仿真

高空空投AUV(Autonomous Underwater Vehicles——自主水下航行器)技术是一种集高空滑翔与水下自主航行于一体的综合研究,对其全弹道进行的建模与仿真是其概念设计阶段的重要内容,同时也是其设计的理论基础.根据高空空投AUV在运动过程中的主导因素不同,将其全弹道进划分为了六介阶段.在分析高空空投AUV各个阶段的结构、受力与环境等主要特点的基础上对其全弹道中的滑翔阶段,减速阶段和水下阶段三个稳态阶段,分别建立了相应的弹道仿真数学模型,并对各阶段数学模型特点进行了对比与分析.依据所建立的数学模型与SIMULINK模块化建模仿真理念搭建了高空空投AUV全弹道仿真平台系统.使用全弹道仿真平台对高空空投AUV的滑翔、减速和水下三个稳态阶段分别进行了仿真,并通过AUV水下阶段仿真结果与文献结果对比验证了数学模型与仿真平台的正确性.仿真结果表明,所建立的数学模型与仿真系统能快速准确的仿真出AUV各稳态阶段的运动弹道、速度与姿态变等动态特点.     

高速水翼船操纵模拟器中运动数学模型的研究

针对开发高速船操纵模拟器的需要，提出了高速水翼船在波浪中运动的非线性数学模型。从流体力学的角度，详细分析了该运动数学模型中各个参数的计算方法，并考虑了波浪对船体运动的影响。为了验证该数学模型，以高速水翼船HC200B-A1作为实例，利用Matlab的Simulink工具箱，在6组实验波浪参数的条件下，对水翼船在首浪和尾浪中的垂荡和纵摇运动进行了仿真研究。仿真结果显示高速水翼船在尾浪中垂荡和纵摇的幅值比迎浪中的幅值要大，这是与航海实践相符合的，同时也表明所提出的数学模型是合理和可靠的，并从模型的角度对仿真结果进行了阐释。     

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。     

军事训练想定中的三维航迹仿真模型

将飞行目标的空间机动分段简化为空间恒加速度（或等速）直线机动，空间任意平面内的恒向心加速度圆周机动（包括恒向心加速度水平机动或恒向心加速垂直动两个特例），整条航迹就是由若干直线机动段，圆周机动段通过机动点的连接任意组合而成，据此建立了三维空间内的航迹仿真模型，从理论上实现了目标在三维立体空间内的准自由活动仿真，可比较真实地模拟空中目标的各种飞行动作。     

携带正浮力载荷AUV的载荷分离运动仿真研究

结合工程实际对锚链进行简化假设,从系统的角度建立AUV载荷约束分离运动方程,并结合D'Alembert原理,消去锚链的约束反力。在此基础上,对该AUV在不同初始参数下的载荷分离运动进行仿真研究,仿真结果清晰的反映了AUV载荷分离运动情况。     

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。     

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。     

用于水下机器人智能路径规划的仿真器的建立

在水下机器人的设计和开发过程中有一个严重的限制问题,就是由于水下机器人工作在较深的水中,因此很难观察到水下机器人的运动情况。在测试智能路径规划的过程中,也遇到了这个问题。仿真器提供了一个虚拟的海洋环境,可以允许研究人员在实验室里方便的进行测试,并通过三维实时的图形场景对机器人的运动过程进行监控。仿真器同时还提供了对一些传感器的简单仿真,使智能路径规划的判断机制更加全面,从而更真实的模拟实际机器人的工作过程。     

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。     

基于分层马尔可夫决策过程的AUV全局路径规划研究

自主路径规划是自治式水下机器人(AUV)自主能力的重要体现,是保障AUV在大范围复杂海洋环境中自主完成使命作业的关键技术之一。提出了基于马尔可夫决策过程的路径规划方法;并建立了基本的马尔可夫决策模型和结合状态聚类的分层马尔可夫决策模型,同时给出了两种规划的仿真实验及结果分析。实验证明,此类方法能够很好地求解大范围复杂环境内AUV的二维路径规划问题。