无人水面艇嵌入式基础运动控制系统研究

从硬件和软件两方面详细地讨论了无人水面艇嵌入式基础运动控制系统的体系结构.该运动控制系统采用了便于调试和监控的底层工控机和顶层控制机相结合的模式.同时详细阐述了无人水面艇基础运动控制系统的控制任务划分、运动控制实现、控制算法等流程.最后通过仿真试验表明,整个嵌入式基础运动控制系统满足可行性和可靠性要求.  

喷水推进无人艇的基础运动控制系统设计

针对欠驱动无人艇开展了其基础运动控制策略设计的研究. 首先详细地介绍了喷水推进无人艇的运动控制系统的构成, 并根据喷水推进器推进原理的特点, 可得出该无人艇系统是欠驱动的、快变的非线性耦合系统; 然后根据人类小脑的运动协调功能, 提出基于倒车斗、喷嘴转角和发动机转速协调控制的仿人智能控制策略, 实现了对无人艇的完全运动控制, 提高了其操纵性和灵活性; 并根据该思想设计了无人艇的基础运动控制系统的软件体 系结构. 最后进行了无人艇在各种航行状态下的运动控制仿真试验, 仿真结果表明了该仿人智能运动控制策略的有效性.  

下一代海洋机器人——写在人类创造下潜深度世界记录10912 米50 周年之际

人类探索、认识和利用海洋的活动历史很漫长，最近50 年，各种海洋机器人及相关装备的助推，使这 种活动达到了前所未有的高峰阶段，未来社会进步的需求和科学技术发展的牵引将会使这种活动达到新的高度．本 文简要回顾了世界和我国海洋机器人的发展历史，分析了各种类型海洋机器人的现状，并对其未来作了展望．  

基于卷积神经网络的柴油发电机健康评估

柴油发电机是水面无人艇(USV)的核心设备之一,其健康状态直接影响USV的航行状态。为了保证USV的健康航行,提出了一种基于卷积神经网络的健康评估方法。该方法以发电机基本参数作为特征参数,建立健康评估模型,得出发电机健康评估状态。以百吨级电力推进USV柴油发电机为实例进行模型验证,得出发电机的健康状态转换关系及健康阈值为0.03。与常用的BP神经网络进行对比,该模型的收敛速度、识别速度、评估准确率都有明显提升。  

结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测

目的 水岸线可用于无人艇视觉导航、运动状态估计，是无人水面艇自主航行的重要参照特征。水岸线类似于水天线，但由于水波、反光、倒影等因素，内河水岸线检测的背景更复杂，难以采用现有水天线检测技术。通过分析水面图像在HSV空间的特征，发现陆地区域的饱和度值均高于天空和水面区域；在光照较暗时，色彩信息不能使用，亮度图像中的陆地区域相对其他区域较暗，但仍然存在水岸线轮廓特征。基于这一分析结果，提出结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测方法。方法 首先将RGB图像经过高斯滤波后变换到HSV空间，依据权重进行HSV空间特征分量选取，接着进行像素点非线性增强；然后在增强的图像上进行区域分割，并将各个区域定义为基底图像；其次分析饱和度图像的行列特性，提取高饱和度的陆地区域，并将其定义为模板图像，将模板图像覆盖在各个基底图像上，按重叠区域面积比选取基底图像；最后通过边缘检测算子检测水岸线。结果 本文采集不同季节，不同光照强度的水面图像进行水岸线检测实验，实验结果表明本文算法可以在不同光照环境下准确检测出水岸线，且轮廓清晰完整，本文算法的实时性可达到1帧/s。结论 本文提出的结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测方法，可以在不同的光照环境中有效地检测出轮廓清晰完整的水岸线，验证了水面图像分析的结论，本文算法可适用于无人艇视觉导航中。  

固定双桨驱动的无人水面艇自主直线路径跟踪系统

针对直流电机驱动固定双桨的无人水面艇，介绍了一种自主直线路径跟踪系统，该系统由岸基监控系统和艇载控制系统组成，具有自主航行和遥控航行两种工作模式，可在自主航行出现危险时切换到遥控模式，保证航行安全。岸基监控系统通过数传电台与艇载控制系统通信，向艇载控制系统发送控制命令，接收并显示其传回的状态信息；艇载控制系统以工控机为主控单元，进行数据采集与解算，与岸基监控系统通信，并为直线路径跟踪控制算法提供程序接口；GPS双天线高精度测向定位系统为直线路径跟踪控制算法提供位置和航向信息，直线路径跟踪控制算法根据距离偏差和航向偏差计算出左右两侧电机电压，进而控制无人水面艇航行。实验分别采用了PID、模糊控制和模糊PID三种控制方法，系统实际水上实验表明，在风力2~3级，晴到多云天气条件下，无人水面艇对目标路径的最大跟踪误差小于0.6 m。  

基于DAMPSO算法的USVs集群攻击任务规划研究

现代防御技术的迅速发展使得水面舰艇的攻击效果大大下降，水面无人舰艇自主编队集群攻击技术已经成为未来海战的关键技术之一，多水面无人舰艇之间的任务规划是保证无人舰艇顺利、高效完成任务的关键。将水面无人舰艇集群攻击任务规划问题看成是多约束的任务分配过程，建立任务规划模型，提出了基于分布式拍卖机制的粒子群优化算法，该算法结合分布式拍卖机制对粒子群优化算法的粒子初始化和寻优过程进行改进，使得粒子既符合任务的约束条件，又保持了多样性，避免粒子在寻优过程中陷入局部最优。仿真结果表明应用分布式拍卖机制粒子群优化算法得到的方案不仅完全满足水面无人舰艇集群攻击任务的要求，而且比传统粒子群优化算法和其他群体智能算法具有更好的收敛性。  

无人艇航迹跟踪GPC-PID串级控制

水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)系统存在有大惯性、长时滞、非线性、难以建立精确模型等问题,易受海浪等外界干扰的影响,采用传统的PID控制难以达到良好的航迹跟踪控制效果。为了实现更好的控制效果,基于广义预测理论,将其与PID控制相结合,设计了GPC-PID串级控制器,分别控制无人艇的转艏运动和操舵运动,并采用分离式控制方案,通过航向控制间接实现无人艇的航迹跟踪控制。从matlab仿真实验结果可以看出,GPC-PID控制器具有良好的航向控制与航迹跟踪控制效果,具有响应速度快,控制精度高,鲁棒性好,抗干扰能力强等优点。  

喷水推进型无人艇航向跟踪的反步自适应滑模控制*

针对单泵喷水推进型无人滑行艇的航向跟踪非线性系统,提出了一种反步自适应滑模控制方法。该系统由无人艇运动非线性响应模型和舵机伺服系统组成,并考虑运动响应模型的建模误差、外界干扰力等非匹配不确定性,利用全局微分同胚坐标变换将原系统变换为具有下三角特征的非线性系统。基于Backstepping方法和滑模控制理论,提出了一种自适应滑模控制律;利用Lyapunov函数,证明该控制律保证了航向跟踪系统的全局渐近稳定性。仿真对比结果验证了所提出控制器的有效性。  

平行机器人与平行无人系统:框架、结构、过程、平台及其应用

本文将基于ACP（Artificial societies，computational experiments，parallel execution）的平行系统思想与机器人领域相结合，形成一种软硬件相结合的框架，为无人机、无人车、无人船在复杂环境中实验、学习与实际工作提供便捷、安全的平台，即平行无人系统.本文从平行机器人的基本概念出发，提出平行无人系统的基本框架，并介绍了各模块的基本功能与实现方法，探讨了其中的关键技术.然后本文围绕无人机、无人车、无人船三个方面展望了无人平行系统在实际中的应用和所面临的挑战，提出了平行无人系统的未来发展方向.