无人水下航行器悬停过程分析与仿真

通过对无人水下航行器悬停过程的分析,和对悬停过程中运动进行的研究,建立了无人水下航行器悬停的纵向运动方程,并运用Matlab中的仿真模块Simulink对悬停过程进行仿真。通过对仿真结果的分析,得出无人水下航行器悬停过程的基本运动规律。     

仿生水下航行器的设计分析

面对海洋探测等领域对水下航行器的迫切需求,本文对当前水下航行器的现状和分类进行了分析,在此基础上结合仿生学方法,以水下鲸目动物为模板,设计建立了仿生水下航行器三维模型,基于流体动力学仿真软件对航行器机身与关键结合部位的压强、流线分布等力学特性进行了分析研究,研究工作对水下航行器设计优化具有借鉴意义。     

水下航行器新型凸轮发动机点火起动仿真

为给水下航行器提供所需的动力,设计出一种新型凸轮发动机。对新型凸轮发动机的点火起动过程进行研究,运用热力学、动力学、空气动力学等理论,分别对燃烧室药柱燃烧过程、发动机配气过程、气缸工作过程和发动机运动过程用微分方程进行描述,建立凸轮发动机点火起动过程的仿真模型,并选用定步长四阶两点龙格—库塔的微分方程数值解法,运用Matlab软件编制仿真程序,对发动机进行点火起动过程的动态仿真,仿真结果表明,该发动机具有良好的起动特性,符合水下航行器的快速起动要求。仿真结果与台架试验结果一致,验证了新型凸轮发动机结构设计的可行性和仿真模型的正确性。所建立的模型可为分析台架点火起动试验中出现的问题、选择燃料进入时间提供理论依据,同时可以为分析水下航行器的起动过程提供参考。     

基于双尾鳍式的新型仿生自主式水下机器人

为了解决现有自主式水下机器人续航时间短和水中所受阻力大等问题,文中主要设计了一种基于仿生学原理、死点定理和摆动导杆机构的双尾鳍式新型的自主式水下机器人,并详细介绍了它的运行、组成及各个模块的作用。它具有投放回收方便简单、所受阻力小和续航能力久等特点。这种设计在用于复杂的海底勘探和海底维修、救援等任务中增大了该自主式水下机器人的使用程度,并能达到较高的效率。     

高机动自主水下航行器的仿生设计研究

基于黄鳍金枪鱼的生理结构特征,以及鱼类的体干尾鳍推进模式（BCF）和中鳍对鳍推进模式（MPF）,运用仿生工程学原理,开发出高机动自主水下航行器。通过柔性鱼体机构、推进器、沉浮水舱、控制系统和航行稳定性的仿生设计,航行器在水下实验中可自主完成高速巡航和多种机动方式水下作业。建立的水下试验平台可有效应用于仿生推进模式特征参数和推进性能内在关系的研究同时为改善自主水下航行器的机动性能提供了新的设计思路。     

某水下捕捞机器人的结构设计及水动力学分析

通过对某水下捕捞机器人的外形和机构设计尤其是捕捞机械手和航行推进鳍的设计,设计出一款体积较小专门用于海底水生生物捕捞的水下机器人,基于CFD的水动力学分析仿真得出机器人在水下作业时受到流体水域的压力值,为以后的机器人进行实际水下捕捞作业提供强有力的理论依据。     

水下航行体几何外形对阻力影响的数值模拟

研究不同头型轴对称体的流体动力特性,对于许多技术的研究,如水下发射技术的研究,弹体入水弹道的预测、入水破障炮弹的运行特性及其引信设计,超高速鱼雷设计等,都具有重大意义.合理运用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA对三种不同几何结构外形的水下航行体在水中的航行过程进行数值模拟,分析水下航行体不同几何结构外形对阻力的影...     

Unity3D无人航行器水下自主航行三维仿真

介绍了一种用于水下无人航行器研制和试验阶段内部软件系统联合调试的手段,通过Unity3D构建水下三维仿真海洋环境,建立无人航行器水下运动和动力学模型,并对航行器搭载的传感器和执行器进行数学建模,组建水下三维仿真系统。它与实际航行器软件系统通过与实物一致的接口相连,组成了一个数据传输环流系统,可进行航行器自主航行仿真测试。     

水下滑翔机器人载体外形设计与优化

为了降低载体水阻力,增加载体升阻比,提高载体操纵性能,分析了水下滑翔机器人的载体水动力特性.首先采用计算流体力学软件,通过分析对比四种主体方案得到了比较合理的主体线型,然后设计与优化了载体附体线型,最后得到了优化的载体外形方案.通过上述研究工作缩短了水下滑翔机器人研制周期,降低了设计成本.     

水下驻留航行器液压式驻留机构设计

为解决传统水下自主航行器工作时间短的局限,学术界提出了驻留航行器的概念。该文在分析了驻留航行器总体构成和工作方式的前提下,针对航行器的液压支撑式驻留机构进行了工况分析、系统设计、重要部件设计、液压元件选择、三维造型和总体组装。该机构实现了航行器长时间海底驻留的功能,对驻留航行器的工程应用发挥了重要作用。     

An autonomous unmanned underwater control test vehicle: platform description and experiments

This paper presents an autonomous unmanned underwater vehicle (AUUV) that can be used as a support tool for research tasks in underwater exploration, and as a platform to test different control, communication, or vision algorithms. The vehicle operates without an external power cable and with an original modular program where a web page is enabled as a graphical user interface for wireless communication with the vehicle when it is not submerged. The modular design of the program, based on open-source libraries, allows updating or modifying the configuration of each of its main modules: control, inertial unit, and vision. Experimental results are shown to validate the performance of the proposed vehicle, implementing a non-linear control that includes a PID for the trajectory tracking of its pose (position and orientation).

     

某水下航行器电机支架的动力学分析

振动噪声是水下航行器的重要指标,水下航行器的电机支架是振动传递的关键,因此以某水下航行器电机支架为研究对象,采用CAD软件Sol-id Edge建模,用有限元软件ANSYS Workbench对其进行动力学分析,包括模态分析和谐响应分析。通过有限元计算得到电机支架的固有频率和对应的振型,进而计算出结构的频率响应曲线,分析峰值频率对应的应力与变形,找出电机机架的共振频率,最后评估水下航行器电机支架的动态性能,为支架进一步结构设计提供了理论依据。     

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。     

基于模块化的雷达天线结构优化设计

文中介绍了某雷达天线结构优化设计过程,针对该雷达天线安装空间的特点和相关技术要求,具体阐述了2 个方面的内容:一方面,采用模块化设计方法,将天线内设备划分成发射分机、电源监控分机、功分器组件和天线子单元4 个模块,分别对每个模块进行结构设计和热设计,解决了天线内部安装空间不足、电缆布线复杂等问题;另一方面,采用外形隐身技术,对天线骨架进行重新设计,减小了雷达散射截面积,提高了天线的隐身性能。最后通过软件仿真技术,对其隐身性、热设计及力学性能进行了分析,结果均满足设计要求。     

智能车自主寻迹系统硬件的设计分析

介绍了一种自动寻迹智能车的设计,研究了采用光电传感器作为路径采集模块实现自动寻迹的软硬件设计方法。系统采用Freesca le16位单片机MC9S12X S128为核心控制器,利用11个光电传感器构成的光电传感器阵列采集路面信息,单片机获得传感器采集的路面信息和车速信息,经过分析后控制智能车的舵机转向,同时对直流电机进行调速,从而实现智能车沿给定的黑线快速平稳地行驶。     

Cooperative path planning of multiple autonomous underwater vehicles operating in dynamic ocean environment

This paper presents a two-stage cooperative path planner for multiple autonomous underwater vehicles operating in dynamic environment. In case of static environment, global Legendre pseudospectral method is employed for collision-free paths of vehicles for the purpose of minimum time consumption and simultaneous arrival. Moreover, in order to keep the multiple autonomous underwater vehicles safe from collisions on the path segments connecting two adjacent control nodes, an adaptive intermediate knots insertion algorithm is introduced. In the on-line planning stage, the local re-planning strategy aims at avoiding collisions with unexpected dynamic obstacles by two consecutive avoidance maneuvers, and the differential flatness property of autonomous underwater vehicle is utilized, which can help the vehicles react fast enough to avoid moving obstacles.     

射频识别标签天线的按需微喷射制备

基于数字化微喷射技术搭建了射频识别(RFID)标签天线的按需微喷射制备系统。首先,将纳米银导电墨水按需微喷射到镀有疏水化薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)基底表面形成天线图形;然后在恒温干燥箱内烧结,形成RFID标签天线。实验研究了微喷射系统参量对液滴产生的影响以及制备参数对纳米银导线成线的影响,制得了最小线宽为100μm、厚度为2.8μm、电阻率为5.2μΩ·cm且阻值具有较好线性度的导线。设计、仿真和制备了弯折偶极子天线,并对其性能参数进行了测试,结果显示其天线谐振频率、带宽和谐振点S11参数等与仿真结果具有较好的一致性。实验结果表明,按需微喷射导电银墨水制备RFID标签天线的方法具有系统结构简单、成本较低、液滴微喷射精确、便于制备任意天线图形等特点;制备的弯折偶极子天线尺寸可控、导电性高、阻值均一性好,并具有较好的天线性能。     

自主式水下机器人自适应区域跟踪控制

研究自主式水下机器人的区域跟踪控制问题,提出一种基于PD神经滑模的自适应区域跟踪控制方法。针对自主式水下机器人自适应控制器中仅在线调整网络权值的径向基函数神经网络存在收敛性能差的问题,给出同时对径向基函数神经网络权值、径向基函数中心与方差进行自适应调整的方法,使径向基函数神经网络无须离线选取径向基函数中心与方差,即可进行在线自适应学习。考虑到控制器中滑模控制项易引起系统抖振的问题,提出一种基于指数函数的滑模切换增益调节方法,使滑模切换增益能够依据跟踪误差实时调节以降低系统抖振。基于Lyapunov理论对所提自适应区域跟踪控制方法的稳定性进行分析。通过自主式水下机器人的仿真试验与水池试验验证所提方法的有效性。     

基于LPC2292的通用型水下机器人控制系统设计

分析了混合驱动水下自航行器的优势,简述了天津大学开发的Petrel要完成的功能任务。在充分考虑可移植性的基础上,设计了堆码结构的控制系统硬件,并介绍了控制系统的软件结构以及在线编程功能的软件实现。     

水下滑翔器浮力驱动效率分析

水下滑翔器作为一种新型水下机器人系统,由于采用了浮力驱动技术具有续航能力大、效率高、噪声低等优点,对于海洋环境监测与资源探测具有重要的应用前景.基于此,对做匀速滑翔运动的水下滑翔器驱动能量进行分析,给出水下滑翔器驱动效率的概念,并推导水下滑翔器在考虑额外能耗与不考虑额外能耗这两种情况下浮力驱动效率的计算方法,进一步分析影响驱动效率的相关因素和提高驱动效率的途径.通过分析可知,机翼的升阻比与滑翔额外能耗是影响浮力驱动效率的两个主要因素,其中机翼的升阻比是影响驱动效率的最重要因素.为揭示驱动效率和机翼结构参数和机翼形式之间的关系,采用经验公式分析机翼展弦比、后掠角对机翼升阻比的影响,采用流体力学计算软件Fluent6.2对相同面积的不同形式机翼的升阻比进行数值计算.研究结果为水下滑翔器设计提供了依据.