半潜式无人艇的自稳性结构设计

自稳性结构的设计是半潜式无人艇设计与研究的关键所在,它直接影响该艇在水中运动的自稳性状态.通过对该艇结构重心与浮心的计算与调整,使其在较大风浪与水流中可以稳定航行.该艇结构采用模块化思想设计方法,通过改变模块的重量与体积,使整体结构的重心与浮心更便于调整;基于重心与浮心的理论计算,可调整该艇体模块间的布置与安装;此外分析复原力矩随小横倾角的变化对该艇初稳性的影响.通过对计算结果的验证,表明该艇自稳性结构的设计满足要求.湖试和海试证明,该艇可以有效的抵御风浪和水流干扰,验证了该艇整体自稳性结构设计合理有效,同时,该研究结果也可以为半潜式无人艇的设计提供一些参考.     

时变漂角下USV直线路径跟踪控制器设计与验证

为了解决"蓝信"号无人水面艇在真实海洋环境中的直线路径跟踪的精确控制问题,在考虑到实际航行中存在时变漂角的情况下,设计并验证了一种基于LOS制导算法的无人水面艇直线路径跟踪控制方法。以"蓝信"号无人水面艇的操纵运动模型及辨识的参数为基础,将LOS制导算法与模糊自适应PID航向跟踪控制相结合,设计了一种考虑时变漂角的无人水面艇直线路径跟踪控制器,仿真结果验证了该方法的可行性。最后,通过蓝信号无人水面艇在大连海事大学凌水校区外部海域的实船实验,验证了该方法应用在实际工程中的正确性和有效性,降低了真实海洋环境下实际航迹跟踪过程中时变漂角对航迹跟踪控制精度的影响。     

基于自适应反演滑模控制的AUV水平面动力定位方法

自主水下航行器(AUV)是一种高度耦合的强非线性系统,传统的定位方法采用解耦线性化模型,很难保证控制品质。本文针对未知海流作用下AUV的非线性水平面运动模型,充分利用其运动学和动力学模型的特性,提出了基于自适应反演设计方法的AUV水平面动力定位算法,在线估计海流速度。仿真结果验证了跟踪控制系统的全局渐进稳定性,及对有界外部扰动的鲁棒性。     

基于嵌入式处理器和LabVIEW的小型无人艇控制系统设计与实验研究

为提升小型无人艇控制系统的系统集成度和自主控制能力,设计开发了一种基于STM32F103T8U6嵌入式微处理器和LabVIEW仿真软件的小型无人艇集成控制系统。文中详细阐述了该集成控制系统的硬件总体框架、各模块的详细电路设计、软件算法工作流程,在Matlab/Simulink工具箱中进行了无人艇的运动控制算法仿真实验,利用LabVIEW以及Keil uVis ion进行了小型无人艇的半实物仿真实验,确保系统设计的可行性和实际工作的可靠性。实验结果表明,所设计的小型无人艇控制系统可以实现无人艇的运动控制目标,实现了设计要求。     

舵板张开过程的数值仿真与试验研究

采用流固耦合数值计算方法和动网格技术,对一种水下航行体舵板在张开过程中的速度、载荷以及动态响应变化规律开展了研究,对影响舵板张开的尾部高温燃气、水下航行体运动速度等因素进行了分析。在此基础上,根据速度等效原则设计了验证试验方案,试验中获取了舵板张开过程的位移-时间曲线、应力-时间曲线以及舵板张开时间与出水速度的关系。仿真计算结果与试验结果对比表明:该计算结果可为水下航行体的水弹道分析、舵板结构设计和材料选择提供依据。     

基于改进Q学习算法的无人水面艇动态环境路径规划

无人水面艇在动态环境下的路径规划是无人船导航的难点。在传统的Q学习算法的基础上,采用了一种新的搜索策略,该策略结合了贪婪搜索与玻尔兹曼搜索,平衡了搜索的随机性和目的性,减少了搜索陷入局部最优的可能性,同时提出了一种新的奖惩函数,综合了无人水面艇航行时导航和避障两种行为,更加符合无人水面艇实际航行环境。整个方法贴近实际情况,成功实现了水面无人艇的动态环境下路径规划。仿真模拟结果和实船航行都验证了所提出方法的有效性。     

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.     

波浪能发电半物理仿真试验技术研究

波浪能发电装置下海部署前评估其发电系统性能对装置的研发至关重要.目前评估方式主要有计算机仿真和实验室水池试验或者海试.计算机仿真依赖于精确的数学模型,实验室水池测试和海试耗资大,且小模型物理试验有时难以准确反映原型的实际情况.为了解决这一问题,研究一套能模拟波浪作用的半物理仿真试验平台,通过在仿真回路中接入真实的发电系统,并设计一套液压驱动系统实时复现波浪作用下浮子的运动,无需实验室水池或者海试便可实现装置下海部署前对其发电系统性能进行测试.为验证半物理仿真试验方案的可行性,以中国典型海况为例,以筏式波浪能发电装置为研究对象,设计制造出半物理仿真试验平台.在此基础上,研究液压驱动系统的跟踪性能和发电系统的性能.结果表明,所设计的液压驱动系统能很好地复现波浪作用下两筏体间的相对纵摇运动,半物理仿真试验平台的测试结果能较好地反映发电系统的性能.研究成果为模拟波浪能发电和评估其发电系统性能提供一种相对廉价又有效的试验方式.     

无人艇的目标跟踪策略研究

无人艇对水面航行目标的跟踪,考虑实际出现的各种情况,根据无人艇在跟踪过程中与目标的相对位置关系和航速等,对应不同的无人艇控制策略。在进行船舶的控制过程中要考虑到航速和航向角不能突变,控制航速航向渐进变化。采用模糊控制进行航速控制,利用几何关系计算出航向,同时增大数据更新频率,增加算法使用次数,保证算法实现的效果最优。将航速航向的输出结果添加风、浪、流的干扰,添加干扰后计算得到无人艇的位置,最终经过仿真验证跟踪的效果。     

基于模型预测的动力定位控制系统体系结构及仿真

以“981”深海半潜式钻井平台为研究对象,根据国际海事组织和各大船级社对动力定位系统的安全规范要求,进行了DP-3级动力定位控制系统的总体方案设计.首先详细阐述了动力定位控制系统的硬件组成和结构及软件功能和层次,然后给出了平台的低频运动方程及基于模型预测的控制算法和控制器的具体设计方案及参数设置方法.最后建立了半实物仿真系统,进行了平台的作业工况和待机工况的动态模拟,通过仿真实验调试和验证了系统的硬件设备和软件方法.     

油浸式变压器内部巡检式 UUV 设计与运动性能分析

基于电力系统泛在物联网的发展要求,针对大型油浸式电力变压器传统检测手段的缺点,将水下航行器技术应用于变压器箱体内部检测工作,设计了一款油浸式变压器内部巡检式水下航行器,进行了总体、动力系统和布局与机构设计;进行了运动性能分析仿真;并研制了原理样机,通过水池试验,分析验证了水下航行器的运动性能满足需求。     

垂直微结构剖面仪速度控制方法研究

依据垂直微结构剖面仪工作原理,探讨了垂直微结构剖面仪测量过程中对于下降速度的要求,确定了其下降速度范围。分析了影响垂直微结构剖面仪下降速度的因素,提出了垂直剖面仪下降速度控制的方法:可通过调节垂直剖面仪下降过程中的水阻力来实现对下降速度的控制。对于下降过程中剖面仪所受的水阻力,采用基于动网格技术的流固耦合数值仿真方法,计算了带有弹性阻尼刷的垂直微结构剖面仪的阻力系数,并通过海试试验验证了计算结果的准确性。     

西门子助力大船海工

正配备了西门子DP3闭环动力解决方案的A5000型"海洋石油982"深水半潜式钻井平台近日顺利完成海上DP3闭环动力控制试验,实现了半潜式平台DP3闭环短路试验的一次成功。该钻井平台由大连船舶重工集团海洋工程有限公司(简称为大船海工)承建,船     

基于遗传算法的自治水下机器人水动力参数辨识方法

针对传统确定自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于遗传算法的AUV水动力参数辨识方法,该方法不受参数初值选取的影响,具有较好的鲁棒性和全局寻优特性,可为AUV运动控制、状态预报及控制系统开发等提供动力学模型。针对开架式AUV原型样机CRanger-01,在对其进行动力学建模分析的基础上,利用该方法对其水平面运动水动力参数进行辨识,得出了CRanger-01的19个水平面水动力参数,与实际值进行比较后,辨识误差在允许范围之内。通过运动仿真对模型进行验证,结果表明该算法能有效辨识AUV水动力参数,可为工程实践提供参考依据。     

对接控制设备仿真试验失重状态模拟三自由度气浮平台设计

对接控制设备仿真试验失重状态模拟三自由度气浮平台是为某空间对接控制设备的全物理仿真模拟验证试验设计的。通过对平台气浮功能及运动功能的设计,确定了气控系统工作原理及元件选型;在结构方面,注重运动的平稳性和模块化、集成化设计,采用分层布局的框架式结构,保证平台重心在水平面投影方向与水平面几何中心尽可能接近。气浮平台样机完成后进行了验证试验,可满足被试设备试验的需要。设计思路和方法正确,对用于模拟失重状态试验的多自由度气浮系统设计,具有一定的参考价值。     

欠驱动AUV水平面轨迹跟踪的反步控制研究

针对欠驱动AUV水平面轨迹跟踪响应速度慢、系统抖振严重、运动轨迹与期望轨迹误差大的问题,对AUV经典的运动形式即水平面轨迹跟踪的运动特点进行了研究,分析了AUV水平面的运动规律。通过将地面误差变量转换为船体坐标变量的方法,建立了AUV水平面的误差方程,基于反步控制算法设计了欠驱动AUV水平面轨迹跟踪反步控制器,利用Lyapunov稳定性理论分析了整个闭环控制系统的稳定性。通过Matlab软件的数值仿真对所设计的控制器的有效性进行了验证。同时,利用设计的反步控制器在无外界干扰条件下对AUV轨迹跟踪进行了仿真,用以验证轨迹跟踪算法的稳定性。实验结果表明:AUV的运动控制轨迹能够与期望曲线重合,水平面运动轨迹的误差在可控范围,并且各个指标都趋于稳定。     

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。     

电磁作动器的设计及磁路分析

针对船舶发动机振动主动控制系统,提出一种高效电磁作动器。基于电磁作动力为目标设计电磁作动器结构,并对电磁作动力进行理论计算。建立电磁作动器磁场模型,给定直流加载对磁场模型进行仿真分析,计算电磁作动力与磁感应强度。在此理论基础上,以直流信号输入对电磁作动器进行试验验证。结果表明,试验与仿真分析得出的电磁作动力达到预定设计目标,最大磁感应强度基本吻合且未达到磁饱和强度,符合设计要求。验证了应用ANSYS对磁场进行仿真研究的准确性,且相同大小体积下电磁作动器输出的作动力大、性能良好,可以较好地应用于发动机的振动主动控制。     

基于模型预测控制的UUV路径跟踪控制研究

水下无人航行器(UUV)的路径跟踪控制是实现UUV多种军、民用途的重要技术基础。针对UUV路径跟踪控制中的欠驱动、非完整约束、模型的非线性,基于非线性连续模型预测控制算法设计了UUV垂直面路径跟踪控制器。建立了垂直面运动模型并基于状态空间模型给出了垂直面预测模型,通过给定性能指标,运用泰勒级数展开与李导数求解出了连续时间状态下的最优控制律,实现了欠驱动UUV路径跟踪控制。通过仿真实验,验证了垂直面路径跟踪控制器设计的有效性。     

基于步态参数的助行器设计方法

以人机(助行器)适配为设计目标,提出了基于人体步态参数分析的动力式助行器设计方法.利用Vicon三维运动分析系统开展了人体步态实验研究,以获取的步态参数为动力式助行器运动控制依据.基于杆状模型,将ADAMS仿真结果与计算结果对比,得到了动力设计要求.在运动控制及动力需求的基础上,提出了一款基于直线角位移机构驱动的动力式助行器设计方案.