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。     

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。     

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。     

Design of electric-field coupled underwater wireless power transfer system based on class E amplifier

针对单级LC谐振型电场耦合式水下无线电能传输(electrical-field coupled power transfer,ECPT)系统的输出功率低、谐振容量小、频率漂移大等关键问题,设计一种更适于海水环境下的无线电能传输系统。该系统基于CLC-S调谐网络,综合E类放大器效率高、频率高等优点,实现较大的功率输出。利用Maxwell有限元仿真软件,对海水环境下耦合机构的电容值进行了有限元分析。通过对水下耦合机构进行试验,分析负载品质因数Q、归一化频率μ对水下无线电能传输系统的影响规律,可为水下ECPT系统设计提供参考。     

一种新型重于水的自治式潜水器及其先进性分析

提出了一种新型重于水的自治式潜水器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV).该AUV可工作于负浮力条件下,利用一对较大的翼在航行过程中流体的升力来平衡其自身重量,节约了浮力部件占用的空间,使其成本与速度较传统AUV均有很大提高.阐述了该新型AUV的基本组成与工作原理,初步分析了其先进性.通过风洞试验数据与传统AUV性能参数对比,结果显示,这种重于水的AUV在能源利用与高速作业方面优势较为明显.最后,对重于水的AUV的应用前景做出了一些预测,希望待一些关键问题得到解决后,这种新型的AUV能够应用得更加广泛.     

艇桨及外挂吊舱之间水动力性能干扰分析

基于CFD技术,采用RNGk-ε湍流模型及混合网格技术,数值模拟了某潜器孤立艇体、孤立螺旋桨、艇体吊舱模型、艇桨模型以及艇桨吊舱模型的水动力性能.分析了艇体、螺旋桨以及吊舱之间的相互干扰.计算结果显示:吊舱对艇体阻力和螺旋桨推力干扰较小;直航时,由于吊舱的存在,艇体吊舱模型产生了纵倾力矩以及升力,艇体阻力略有减小;艇桨干扰对艇体表面压力分布影响较大,以1.5m/s匀速航行时,由于螺旋桨的存在,艇桨模型中艇体总阻力增加18.03%,艇桨吊舱模型中潜器(艇体和吊舱)总阻力增加17.63%.     

基于多普勒速度声纳的水下航行器导航方法

提出由多普勒速度声纳、姿态测量组件和陀螺罗经组成导航系统,研究了速度解算和误差分析方法,给出了导航卡尔曼滤波算法．实船航行试验结果证明了导航方法的有效性.     

基于边界矩和改进FCM聚类的水下目标识别

水下目标的识别是水下机器人对环境动态感知、快速定位与跟踪视觉目标的关键, 本文针对水下成像的特殊性以及成像环境的复杂性,旨在设计一种快速、准确的目标识别系统以指导水下机器人进行下一步的任务. 首先, 综合运用一些流行的算法, 简要介绍了一种有效的边界分割算法; 然后通过对边界矩的分析和修正, 构造了具有平移、旋转及比例变换不变性的仿射变换; 最后详细描述了改进的FCM聚类识别的设计理念. 通过对实测的4类物体组成的水下目标的识别实验, 证明了所提水下目标识别系统可以用于水下目标识别, 并且具有较高的鲁棒性和实时性.     

面向AUV水下对接的轨迹跟踪控制研究

针对欠驱动AUV的特点,面向水下对接的应用需要,在考虑其非完整约束的条件下,对水下机器人的非线性系统的可控性进行深入分析,并推导如何将非线性系统通过反馈变换转换成链式模型,在此基础上提出一种使用近似线性化的全状态反馈进行三维链式控制器设计的方法。最后,为了验证轨迹跟踪控制器的控制性能,在Matlab仿真环境下进行了实验,结果表明该方法可以实现路径跟踪误差的全局渐近稳定,验证了其有效性和合理性。     

基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制

基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器（AUV）的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性.