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。     

AUV视觉系统的可视化技术研究与实现

AUV视觉仿真系统是一个能够对AUV视觉系统的软、硬件等进行验证的实时半实物仿真系统.简要介绍了AUV视觉系统的基本理论,提出了较为完善的AUV半实物仿真系统的研究模型与软件框架;在Vega Prime中利用纹理亮度方法解决了彩色仿真图像灰度化的问题,实现了对黑白摄像管的模拟;采用一种复杂的光线能量衰减公式,逼真的模拟出海底AUV聚光灯效果;该系统同时还提供了对摄像机的简单仿真.开发和应用结果表明,该系统实时性好,效果逼真,对AUV视觉软、硬件系统开发、测试具有重要的意义.     

某型大柔性多体结构卫星半实物仿真

介绍了xPC实时目标环境，借助xPC平台实现了对某型大柔性多体结构卫星系统的半实物仿真试验开发，试验过程中，对xPC目标进行了二次开发，在星载计算机硬件不成熟时，采用一台xPC目标机来实现其快速控制原型，另一台目标机模拟星载计算机外部实时环境，由一台xPC宿主机分刺控制两台目标机保证仿真时钟同步，在快速控制原型的基础上逐步地引入实物部件从而实现半实物仿真系统的构建。整个卫星地面半实物仿真系统的开发过程是一种基于模型的系统设计思想，实验结果证明了方法的有效性。     

星载软件在环的GNC快速原型仿真系统设计

为了实现复杂航天器导航、制导与控制(guidance navigation and control,GNC)系统的快速设计与仿真验证,加快GNC系统从算法设计到产品实现的过程,解决数字仿真与实物仿真一致性的问题,提出了一种基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统。通过虚拟GNC计算机处理器内核和硬件接口的方式实现星载GNC计算机原型,解决了快速原型仿真系统GNC软件代码与实物星载计算机软件代码的一致性;利用Simulink/Matlab进行航天器动力学/运动学建模和GNC系统测量部件及执行部件的数字化建模,基于实时扩展(real time extension, RTX)系统和功能硬件板卡实现数字化模型与实物的转化,解决数字仿真与实物仿真GNC系统内部接口特性、时序和逻辑一致性的问题。应用实例表明,基于星载软件在环的GNC快速原型仿真系统仿真数据与GNC半物理仿真系统仿真数据高度一致,证实了仿真系统设计的有效性;同时基于该仿真系统可以实现GNC系统软件、算法和单机产品的并行开发,缩短系统研制周期。     

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。     

基于快速控制原型的风力发电半实物仿真系统

为提高风力发电MPPT控制器设计与测试验证的快捷有效性,提出了基于LabVIEW FPGA的MPPT快速控制原型(RCP)系统。在LabVIEW RT实时运行平台上,采用PXI-FPGA架构设计了风速、风力机和PMSG的实时仿真模型,以及MPPT快速控制原型。将功率变换器、实时仿真模型和MPPT快速控制原型相连接,构造出半实物仿真(HIL)闭环测试系统。通过渐变风速和自然风速的实时仿真测试,验证了所述快速控制原型系统设计的正确有效性,为风力发电系统的进一步深入研究提供了一套有效的实时仿真和半实物测试平台。     

基于SINS/GPS/DVL组合导航的AUV半实物仿真系统设计

基于导航与控制一体化系统和实时网络技术,设计了一种新的采用惯导、多普勒、GPS组合导航方式的半实物仿真系统,解决了半实物仿真数据传输的实时性问题和时间协调同步问题,进行了控制系统的半实物仿真试验.试验结果表明,所设计的半实物仿真系统导航、控制算法正确,计算精度和解算时延达到系统要求.     

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.     

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。     

液压系统半实物仿真平台设计

结合液压系统仿真计算技术和自动化试验技术,构建了液压系统半实物仿真平台,通过仿真计算模拟液压系统的环境参数和控制规律,利用实物模型模拟难以建立数学模型的液压元件。重点介绍了液压系统半实物仿真平台布局结构、仿真模型建立过程以及仿真过程控制系统,并针对某液压起竖系统进行了应用分析。