UUV环境自适应坐底策略与控制方法研究

针对水下无人航行器(UUV)海底驻留值守的着陆坐底过程,分析了UUV坐底的环境约束以及UUV完成坐底所需的近海底环境感知能力和操控能力,提出了一种环境自适应的坐底策略和控制方法,提高了UUV坐底过程中声呐的数据质量和局部地形构建精度。基于多波束声呐数据,在线构建海底局部三维地形,并自动选择满足梯度和坡度约束的坐底位置。基于近海底的海流流向,自动选择UUV坐底的最优艏向;设计了UUV下沉着底时的位置保持和艏向控制器,开展了相关实验,验证了坐底策略与控制方法的可行性和有效性。     

着陆式水下自航行器稳定性分析

着陆式水下自航行器(AUV)是一种可以进行长时间工作的新型AUV.为了使其能够在复杂的海洋环境中安全的着陆,对其稳定性进行了分析.根据AUV六自由度动力学方程得到水平面内的运动方程,对其扰动方程进行拉氏变换,通过特征根的值来判断系统的稳定性.最后得出了着陆式AUV的重心坐标、舵力系数及航速对系统稳定性具有重要的影响,其中尾舵起着决定作用.而且通过水域试验验证了上述理论的正确性.此分析结果可为着陆式AUV的设计提供依据.     

测量型深水AUV垂直面运动稳定性设计

测量型自主水下航行器(AUV)垂直面运动稳定性对于其顺利完成长时间深海作业、保证航行效率和安全性至关重要。以天津大学研制的用于海底地形地貌测量的深水AUV为应用对象,根据古尔维茨判别法推导了其垂直面运动稳定性衡准表达式,通过数值模拟水池试验获得了稳定性衡准判别式所需的水动力导数,分析了不同水动力外形因素(主体外形和尾翼布局形式)对其运动稳定性的影响。结果表明,具有较大纵中剖面投影面积的水动力外形的AUV,以及拥有X尾翼布局的AUV具有更好的垂直面运动稳定性。     

基于测量数据的时空三维地形构建与可视化

基于无人无缆自主水下航行器及其测量传感器开展海洋环境勘察与监测是未来海洋开发的重要应用领域,测量数据的矢量建模及其可视化显示是其中的关键技术之一.针对AUV的多波束声呐地形测量数据,开展了地形矢量模型构建与可视化研究,给出了传感器数据处理与时空配准、海底地形坐标变换等方法,设计了一种优化的Delaunay三角网建模算法,构建了三维海底地形矢量模型,提出了三维矢量模型真实感表达方法.基于海试测量的离散数据完成了具有真实感特点的三维海底地形矢量模型的构建与显示,实验结果表明:所提出的研究方法是合理、可行的,克服了多波束声呐只能提供离散地形高程数据的缺点,其地形数据的连续矢量化处理与可视化显示的优点对于海洋环境立体化与可视化监测具有重要的意义和应用前景.     

一种具备数据驱动能力的自主水下航行器控制系统设计

针对目前大部分自主水下航行器（AUV）采用预编程的工作模式不适用于动态海洋环境观测的问题，开展了基于数据驱动的控制系统研究。为了实现对动态海洋环境的自适应观测，提出了一种具备数据驱动能力的AUV控制系统设计。该控制系统在总体设计上采用双控制板的分布式架构并使用星形网络拓补结构方便内部通信以及后续设备拓展；硬件设计上使用模块化思想管理传感器并使用多种通信设备的融合工作保证通信的快速性与稳定性；软件上使用多线程并行设计并在上位机添加手柄遥控功能；最后通过仿真实验验证控制系统性能。实验结果表明该系统控制超调量为3%；滞后时间为2 s，满足海洋现象观测需要。该控制系统具备搭载数据驱动算法的能力，为基于数据驱动的动态海洋观测模式提供了硬件平台。     

基于领航跟随法的多AUV编队控制算法研究

针对已知路径下基于领航者的多自主水下机器人(AUV)编队队形控制问题,提出了一种AUV路径控制和编队协调控制相结合的新型编队控制器。其中,AUV的路径跟踪控制采用反步滑模控制器,将AUV位置、姿态和时变速度跟踪转化虚拟速度控制,使AUV能达到期望的位置、速度等,避免了反步控制中的奇异值问题,并能够很好实现不确定的模型的控制,同时又提高了跟随者协同定位精度;在路径跟踪控制基础上,编队协调控制器将领航者与跟随者的位置误差控制转化为跟随者的速度误差控制,使跟随者能快速达到期望位置,从而使所有AUV实现期望的队形并保持。仿真实验对该控制策略进行了可行性验证,结果表明,该算法提高了编队的响应速度、控制精度和稳定性;再应用3台AUV进行了湖上试验验证,证明了该控制策略的有效性,能有效应用到实际中。     

基于人工免疫反馈的自治水下机器人推力器控制

推力器是水下机器人系统的关键要素,其推力建模和控制是进行水下机器人控制和仿真的核心。针对简化的自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)推力器控制系统的推力响应实时性不高和抗干扰能力不强的缺点,提出一种基于人工免疫反馈的AUV推力控制方法,该方法不受推力器水动力试验和理论计算的困难性的缺点影响,具有较好的实时性和鲁棒性,可为AUV运动控制、状态响应、控制系统开发等提供控制方法。针对流线型AUV原型样机CRanger-2,在简化推力模型的分析基础上,利用该控制策略,建立推力实时调试系统,在不同大小推力和不同干扰情况下进行推力控制仿真分析,得到推力器推力的控制响应曲线。通过对无刷直流电动机进行控制进行验证,结果表明该控制策略能有效地控制推力器推力,可为工程实践提供参考依据。     

多AUV编队控制

使用一致性算法l-φ和虚拟领航跟随结构法研究自主水下机器人的集群编队控制.基于一致性算法l-φ对各AUV所持有的参考信息进行一致性协商而达到状态一致.基于虚拟结构思想,将编队控制问题转化为跟随AUV对虚拟领航AUV的轨迹跟踪控制,使得各AUV相对于虚拟领航者的位置且在有限的时间内确保到达各自的期望位置.通过Java的GUI编程进行仿真实验来验证控制策略的有效性.     

深海潜标系统电池舱的设计与分析

针对深海潜标系统观测仪器,设计了一种径高比满足黄金分割比的电池舱.按照压力容器设计准则,对这一深海潜标系统电池舱进行了选材、强度计算和稳定性校核,应用Workbench有限元软件对电池舱的强度和稳定性进行了模拟分析,确认电池舱满足水下承压20 MPa的要求.应用这一电池舱,可以使深海潜标系统观测仪器具备长时间工作的能力.     

基于Adams与Matlab/Simulink的水下自航行器协同仿真

针对传统水下自航行器(Autonomous underwater vehicle, AUV)仿真中图形界面、实时性和动力学性能难以兼顾的问题,提出利用虚拟样机分析软件Adams和控制仿真软件Matlab/Simulink联合建立AUV虚拟样机系统的方法。在分析虚拟样机系统运动学、动力学和水动力数学模型的基础上,给出虚拟样机物理模型及控制模型的建立过程,并利用该虚拟样机系统对设计的AUV空间动态定位控制算法进行基于动力学基础的仿真分析。仿真试验的过程及结果表明,该虚拟样机系统具备智能控制与动态控制交互仿真演示和功能验证的能力,可为AUV图形仿真研究提供一种新的解决思路,对研究水下自航行器的操纵与控制有重要的现实意义。     

基于ASP的VPDM系统研究

分析了虚拟企业对虚拟产品数据管理（VPDM）的需求，结合ASP模式的先进实施理念，提出了基于ASP模式的VPDM系统概念；分析了VPDM与传统PDM之间的区别；并基于B／W／D三段式结构，阐述了基于ASP模式的VPDM体系结构；最后讨论实现该系统的方法和一些关键技术。     

转子轴花键的铣削

介绍了利用大径定心的花键轴花键的实用加工方法。     

管路液力冲击的解析研究

分析阀门开闭引起管路液力冲击的机理,计算换向阀换向时管路实际压力冲击突变值及换向阀阀芯所受液动力并进行实验验证。     

基于MATLAB仿真的SVPWM技术研究

为了给交流异步电机伺服系统提供必要的设计数据,根据SVPWM的基本原理和实现算法,基于MATLAB/Simulink平台搭建了SVPWM仿真模型,将该模型应用到异步电机的矢量控制系统中进行了仿真。结果表明,SVPWM控制方式提高了整个系统运行的稳定性和可靠性。     

滚子表面缺陷分析

采用金相分析以及扫描电镜、能谱分析等试验方法对滚子表面缺陷进行了分析.结果表明:滚子表面的麻坑(黑点)缺陷是腐蚀坑,主要是由于热处理炉保护气氛不纯,滚子在高温状态下产生表面腐蚀而形成.     

基于B/S结构在线监控研究应用

简述了DCOM、ActiveX等组件模型,结合ASP技术在Internet/Intranet环境下实现了基于Browser/Server结构锅炉在线监控.该系统在DCOM技术基础上通过ADO编程实现数据传输和访问,结合ASP和ActiveX控件技术实现动态发布和在线监测.     

基于插值法的计量泵流量控制算法研究

针对目前国产计量泵实际流量显示不直观、计量精度低等问题,分别用分段插值、拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值4种算法,对不同压力下多种型号的计量泵实际流量和频率之间的关系进行了理论研究,并用线性回归分析法对所得计算结果进行了分析。分析结果表明,分段插值算法所得标准误差最小,残差图中的离散性最明显,置信区间最小,更真实的反映了实际流量和频率的关系,可大大提高计量泵的计量精度,适合用作计量泵控制器流量控制算法。     

单片机应用系统研究——轮式移动机器人控制系统设计与研究

机器人的移动方式有很多种,但大致就分为两种:车轮式和足步式两种.本文从轮式移动机器人(WMR)的体系结构出发,重点设计了机器人移动控制系统的硬件、软件平台.首先,通过对非完整轮式移动结构和直流伺服电机模型的分析,建立了移动机器人的控制系统模型.其次,设计了基于AVR微控制器(AT90S8515)的移动控制系统,其中主要包括PWM功率驱动、测速单元和串行通讯模块等;对机器人速度、位置控制采用模糊PID算法,较好地克服了移动机器人模型的不确定性、转速位置控制要求的多变和环境改变等因素的影响.程序使用ICCAVR C语言编写,在AVR SUDIO调试软件中用ICE200仿真.     

电火花成形机床微细加工相关探索

首先简要介绍了电火花微细加工目前的发展状况。并概括地分析了商品电火花成形机用于微细加工所具有的一些特殊优势。最后通过微轴的加工实例来证实其进行实用微细加工的可行性。     

基于时间序列电流偏差因子的电源-电弧系统稳定性研究

运用偏微分近似理论,在考虑焊接外电路动态全负载情况下,对电源-电弧系统稳定性进行了模型刻画,得出系统稳定系数的数学解析式,依此定性并量化分析了系统稳定性的基本条件和最优条件。在此基础上,采用电流偏差相对转换方法,获得了动态电流偏差因子的时间序列解析表达式,进而通过偏差衰减时间方式来量化分析系统的稳定性。实验的电压与电流波形分析结果与动态电流偏差因子量化结果一致。