水下航行器热动力系统半实物仿真

针对水下航行器热动力系统设计、研制、试验和验证的需求,研究了半实物仿真系统的设计难点,解决了建模、仿真方法和仿真平台构建等关键技术.在基于MATLAB/sIMULIMJK(精准建,模的基础上,将实物、物理效应模拟器.数据采集设备、测控设备、数学模型通过实时仿真转换工具软件在实时仿真操作系统VXWORKS下有机地结合起来,构建了实时的水下航行器热动力半实物仿真系统.仿真软件采用开放式和模块化设计思路,仿真硬件平台在设计时亦考虑了可扩展性,从而使该半实物仿真系统不仅有效地服务于目前的应用研究,还可为今后的相关研究提供重要的理论和技术支持.     

基于CAN总线的分布式无人机实时仿真设备研究

CAN总线在汽车与工业过程控制领域应用广泛,并扩展到航空航天领域.设计了一种基于CAN总线的小型分布式实时仿真设备,用于在外场开展无人机半物理实时飞行仿真试验.根据实时仿真设备对CAN的实时性需求,提出了一种基于时间触发的,并充分发挥了CAN本身位仲裁机制优点的CAN总线高层协议.实验表明该协议完全满足实时仿真设备的实时性要求;同时也表明其提高了总线的带宽利用率达80%以上,适合于需要在较短周期内传输大量数据的应用.     

水下航行器半实物仿真系统的数字化和一体化设计

提出了一种适应水下航行器控制系统仿真需求的新型半实物仿真系统的设计方法,并且完成了系统的工程实现。该系统的主要特点是实现了仿真系统的数字化和一体化,完成了转台、水压仿真器的微机控制和数字仿真机与外围仿真设备的实时数字通讯以及仿真工程数据库设计。经多项航行器半实物仿真试验应用,表明该系统的仿真精度明显提高,对航行器的研制具有实用价值。     

水下航行器制导仿真的校核、验证和确认技术

论述了对水下航行器制导半实物仿真系统的校核、验证和确认 (verification、validation、accreditation ,VVA)技术研究的必要性 ,在论述VVA基本概念、归纳VVA主要方法的基础上 ,结合该仿真系统的特点 ,应用Theil’s不等式法、灰色关联度法和频谱分析法对航行器的数学模型进行了验证 ,结果表明该数学模型具有一定的可信度 ,并进一步提出了对该半实物仿真系统进行VV&A评估的 4个阶段和 7个主要步骤。     

一种新型水下航行器半实物仿真系统的实现

针对水下航行器控制系统高精度仿真的需要,给出了由AD/RTS仿真机、三轴转台、水压仿真器和视景仿真工作站组成的仿真系统的总体设计,完成了由反射内存实时网络互连的三个平台的实时通信程序开发,研究了Simulink和C/C 混合编程技术并建立了航行器模块化仿真模型,已完成了系统调试。结果表明,该仿真系统满足了仿真实时性要求,对于水下航行器研制具有重要的应用价值。     

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。     

新型水下航行器实时仿真模拟器研究

为了加快某新型远程智能水下航行器的开发速度,针对其组成进行了实时仿真系统的设计。提出了该航行器实时仿真模拟器的方案构思,并进行了实时仿真模拟器软件和硬件的详细设计,给出在该模拟器上的实验结果。结果表明,该模拟器能为航行器创造一个很好的实时仿真环境,通过它设计者在实验室中就可以方便、快速地对航行器控制系统软件及功能进行调试,并可大大节省开发时间和成本。     

自主水下航行器组合导航一体化仿真系统开发

AUV组合导航系统的研究,需要借助于仿真手段进行初步试验和算法验证.采用面向对象技术和模块化的设计思路开发远航程自主水下航行器组合导航一体化仿真软件系统,该一体化仿真软件分为仿真初始参数设置子系统,导航子系统,控制子系统,各子系统根据工作原理设计模块接口,具有建模、仿真、试验的一体化功能.仿真实验结果表明,该组合导航仿真软件系统可为AUV组合导航系统提供初步的仿真调试和实验验证环境,能够为半实物仿真及实物研制提供重要的参考信息.     

基于Simulink/VRML的自主水下航行器编队控制仿真

针对多自主水下航行器编队协同控制问题，建立了基于Leader-Follower编队的数学模型，设计了编队控制律，并从理论上证明了控制律的稳定性。为了直观地表达自主水下航行器编队控制的效果，利用MATLAB的Simulink/VRML工具箱构建了水下航行器的编队控制的可视化仿真模型。仿真结果表明，提出的编队控制算法是有效的，所构建的仿真平台直观地表达了自主水下航行器的编队效果，该仿真模型易于扩展，且可以验证其它编队控制算法。     

自主式水下航行器空间运动矢量建模与仿真

在对自主式水下航行器的空间六自由度运动进行研究的基础上，用牛顿力学方法和拉哥朗日方法推导了适于在Simulink环境下仿真的空间运动矢量模型，并建立了可移植性和功能强大的自主式水下航行器的空间六自由度运动仿真模块，解决了耦合非线性运动方程解算难、仿真难和显示难的问题，为自主式水下航行器及其它的高科技飞行器的研究和设计提供了便利的工具。     

基于小波网络的水下机器人执行器故障诊断

针对水下机器人系统的不确定性使得对其进行建模比较困难的特点,提出采用一种改进的小波网络进行水下机器人运动建模。该网络通过学习,调节小波函数的伸缩和平移以及网络连接权,既能逼近函数的整体轮廓,亦能捕捉函数变化细节,使得函数的逼近效果较好。通过比较模型的输出(运动状态估计值)与实际测量值来产生残差,分析残差提取故障判断准则,从而进行执行器故障诊断。仿真试验验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

一种自主水下航行器路径规划算法

提出了一种自主水下航行器穿越雷区的路径规划算法。将路径规划分为全局路径规划和局部路径规划两个部分,建立了水雷分布的Voronoi图,采用遗传算法规划出初步的全局最优路径。自主水下航行器按照全局最优路径航行时,利用前视声纳作为探测仪器。根据所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计出一个模糊推理系统(FIS)求解其避障角度,完成局部路径规划。仿真结果表明了这种算法的有效性。     

基于稳态自适应技术的水下机器人系统在线辨识

针对水下机器人运动和作业过程中的有效载荷变化使得机器人动态特性也相应地发生变化的特点,以开架式无缆水下机器人为研究对象,在对其动力学模型进行简化的基础上,提出了一种基于稳态自适应技术的在线参数辨识方法,进行了与基于最小二乘法的离线参数辨识的对比实验以及水下机器人特性发生变化时的在线辨识实验,水池实验结果验证了基于稳态自适应技术的参数在线辨识方法对开架式水下机器人进行系统辨识的有效性和可行性.