6自由度水下机器人转变控制仿真研究

本文的工作以具有6个自由度运动能力的水下机器人（潜器）运动轨迹控制为背景,分析了造成耦合的原因,然后从减小控制耦合作用的角度建立了潜器的数学模型,设计了潜器运动的滑模控制器,并讨论了推力分配、控制受限等问题。从仿真结果看该控制方案具有良好的定性和目标跟踪能力。     

欠结构水下机器人的自适应位置跟踪控制器的设计

欠结构水下机器人的控制是一个具有很大难度的课题。研究了一种欠结构多方位智能机器人的跟踪问题，在机器人参数不确定及存在未知环境扰动的情况下，设计出了连续的自适应控制器，使得机器人可以自动地跟踪任意光滑的轨迹，并且跟踪误差收敛于半径为任意小的原点的邻域。Matlab仿真研究表明了该控制方案的有效性。     

微小型水下机器人操纵性能与运动仿真研究

以某微小型水下机器人为对象,对其进行受力分析,并考虑海流环境的影响,以空间六自由度运动方程为基础建立其运动仿真模型.通过带附体的模型试验,得到水下机器人阻力曲线和各主要水动力系数,应用面元法预报了其控制面的水动力特性,在此基础上建立了水下机器人的运动仿真系统,对其在水平面和垂直面内的操纵性能进行了预报,仿真试验结果表明此水下机器人具有良好的操纵性能,运动仿真系统可以作为控制器设计与调试的试验平台.     

无人水下机器人在线故障辨识及滑模容错控制

针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,提出了一种无人水下机器人主动滑模容错控制方法。在水下机器人简化动力学模型的基础上利用RCMAC递归小脑神经网络在线辨识机器人中出现的时变非线性故障,并根据故障辨识结果重新配置滑模控制器的控制律,使无人水下机器人在故障情况下仍然可以完成预定任务。仿真实验证明了该容错方法的有效性。     

水下机器人动态系统协同建模方法研究

以水下机器人动态系统建模问题为背景,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真机制与动态神经网络的水下机器人动态系统协同建模方法.该方法利用在对水下机器人动态行为进行协同仿真过程中在线训练神经网络的方式完成水下机器人流体动力学建模,并以最终训练完成的神经网络及载体6自由度运动方程仿真模块一起构成水下机器人动态系统模型,具有较强工程应用前景.通过与传统建模方法比较,详细论述了协同建模方法的基本原理及其优点,并重点研究了MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真系统的设计方案和实现方法,最后,从水下机器人6自由度运动方程建模、流体动力学建模以及闭环控制系统建模三个方面研究了实现协同建模的具体方法.     

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人“仿生-Ⅰ”为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和“仿生-Ⅰ”水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。     

水下滑翔机器人实时仿真平台研究与开发

为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想.介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明.仿真平台系统包括虚拟水下滑翔机器人系统和虚拟显示系统两部分,其中虚拟显示系统包括:MultiGen Creator建立的三维载体模型和海底地形;Vega生成的实时视景程序;基于MFC的视景仿真程序.     

水下机器人的S型模糊神经网络控制

模糊神经网络控制已经成功应用于水下机器人运动控制中,但其运算过程和训练算法比较复杂,对嵌入式硬件要求也较高.根据带翼水下机器人的运动特性提出了S型模糊神经网络控制方法,并推导了网络权值学习算法,最后以XX水下机器人为研究对象进行了仿真实验.试验结果表明,与基于高斯型隶属函数的模糊神经网络控制器相比,在没有过多损失整体控制品质的情况下,其网络算法得到极大简化,运算速度得到了提高,反应能力增强,非常适用于对精确定位能力和运动速度要求不高,但要求高机动性的水下机器人.     

无人水下机器人推进系统故障诊断与容错控制

由于海洋深处工作环境的复杂性、不可预测性,水下机器人可靠性控制技术一直备受关注。在常规无人水下机器人推进器故障诊断中,均假设推进器处于几种固定故障模式,离线设计控制律,在线调度控制律实现容错控制,这与实际推进器故障情况有较大差别,因此采用ICMAC(Improved Credit Assignment Cerebellar Model Articulation Controllers)神经网络在线辨识推进器的实际故障大小,再利用伪逆重构控制策略,产生容错控制矩阵,实现无人水下机器人在线自适应容错控制。并针对推进器突发性故障,给出了故障诊断与容错控制仿真结果。     

水下机器人遥操作技术的研究

水下机器人是人类大洋开发必不可少的工具,传统的操作方法极大地限制了机器人作用的发挥,本文建立了基于拨号网络或Internet的水下机器人遥操作系统,该系统采用远程仿真机器人的办法来弥补网络带宽对视频图像效果的影响,取得了比较满意的效果。     

反馈线性化在潜器悬浮控制系统中的应用

潜器在进行某些特殊作业时,需保持其悬浮状态.针对潜器悬浮MIMo非线性不确定系统,应用反馈线性化方法将复杂的非线性系统进行坐标变换为简单的伪线性系统,然后运用Lyapunov方法设计系统的控制器,设计时兼顾了系统的干扰和参数不确定部分.仿真结果表明,该控制律能够克服系统的不确定性,保障系统的鲁棒性,实现潜器悬浮定深姿态控制.     

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。     

水下航行器导航与控制一体化系统的半实物仿真试验设计

针对采用导航与控制一体化系统,即导航与控制传感器共用、导航与控制计算机合二为一的某型水下航行器,提出了一种半实物仿真试验方案,进行了半实物仿真。试验结果表明,导航、控制算法正确,计算精度满足使用要求,硬件之间的匹配性能良好,方案可行。该导航与控制一体化系统可应用到实际的水下航行器中。     

水下超高速航行体双模态控制研究

水下航行体在高速运动时,其全部或大部分表面被空泡包裹.由于水动力和周围环境扰动使航行体尾部与空泡壁相互作用产生滑行力,滑行力的存在使系统具有较强的非线性并导致不稳定的航行状态.针对航行体纵向运动数学模型可以描述为无滑行力的线性模型和存在滑行力的非线性模型,设计了基于状态的切换控制策略并设计了双模态控制器,对于线性模型采用状态反馈控制,对于非线性模型采用基于微分几何的反馈线性化方法.仿真结果表明,基于状态切换的双模态控制器减小了滑行力,对于初始状态扰动具有鲁棒性.     

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。     

水下航行器制导仿真系统多任务调度方法

介绍了一种水下航行器仿真新方法，讨论了水下航行器的动力学模型，控制和导引方程，并详细描述了多任务库所／变迁模型，我们对合并和分叉模型进行了修改，使多任务系统可以方便地通过操作系统管理程序进行调度，最后给出了一些仿真结果，表明所采用的方法是有效的。     

一类低速水下航行器的自适应反演运动控制

针对一类安装了垂向推进器的低速水下航行器,研究了垂直面内的非线性运动控制问题.考虑水下航行器动力学模型中的未知参数,采用反演技术设计非线性自适应控制器,使水下航行器的深度和俯仰角全局渐近稳定到期望值.利用REMUS水下航行器的数学模型进行仿真研究,结果验证了该控制器的全局渐近稳定性,以及对未知模型参数的自适应性.     

水下航行器视景仿真系统的研究

基于软件平台MultiGenCreator和Vega开发出DIS环境下航行器视景仿真系统。提出了视景点的软硬件配置要求；论述了基于Creator的实体建模方法、基于creator建模和Vega软件环境的海面、水下等海洋环境效果的生成方法、视景仿真软件的开发过程以及整体系统的实现等关键技术。仿真结果表明，该视景系统逼真地演示出水下航行器仿真过程，并且满足系统仿真的实时性要求。     

智能无人潜水器半实物仿真平台设计

为了验证无人潜水器系统的软件逻辑及智能控制系统的硬件体系、数据接口和可靠性,通过对其体系结构中的决策层进行实物仿真,对感知层和行为层进行功能性虚拟仿真来构建半实物仿真平台。详细阐述了该平台的硬件和软件体系结构,对虚拟仿真中的运动仿真、传感器仿真以及实物仿真中智能控制系统的设计做出了说明,进行了自主避障仿真试验和远距离航行仿真试验,该半实物仿真平台对实际海试具有重要的参考价值。

Abstract：

To verify the system software logic of a newly designed autonomous underwater vehicle and the hardware architecture,data interface and reliability of the intelligent control system,the semi physical simulation platform was established by combining physical simulation of decision layer with virtual simulation of perception and behavior layer.The hardware and software architecture of the simulation platform were explained in detail.The virtual simulations of motion,sensors and physical simulation of intelligent control system were described.Finally,the obstacle avoidance simulation and long voyage simulation tests were conducted,and the platform is important for the success of sea experiments.