BP神经网络在水下航行器深度控制中的应用

文中将BP神经网络应用于水下航行器的深度控制系统中,为水下航行器的航行提供参考深度,从而使深度控制系统控制航行器在水下一定的深度上稳定航行,并能根据指令自动变换航行深度.仿真结果表明了该方法的有效性.     

鱼雷空间运动方程的矢量化及稳定性分析

运用Fossen方法将鱼雷空间运动方程进行了矢量化，得到了高度简练的基于鱼雷体坐标系和惯性坐标系下的运动方程的矢量化，并给出了矢量参数矩阵的性质。在此基础上分析了鱼雷在开环和闭环控制条件下的稳定性，说明了鱼雷运动方程矢量化的实用性。     

一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究

根据一种远程自主水下航行器的组成和特点,建立了纵向运动的非线性数学模型,并进行了线性化处理。在此基础上,基于滑模控制理论,分别研究了基于水平舵的纵向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后垂向推进器的纵向悬停控制。仿真结果初步表明:该控制器可满足水下航行器纵向巡航控制和悬停控制的需要,并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。     

洋流干扰下的多自主水面无人船最优覆盖控制

针对洋流干扰下的多自主水面无人船(ASV)对有限海洋环境进行覆盖监控的最优化问题,提出一种基于环境信息密度的分布式控制方法。该控制方法是在考虑洋流因素的情况下,以二阶EulerLagrange模型为控制模型的最优覆盖策略。首先建立基于欠驱动系统的最优覆盖模型,提出时变洋流干扰下的多ASV最优区域分配算法。在此基础上,针对ASV的欠驱动特性,综合应用运动学控制方法与Backstepping技术设计基于二阶Euler-lagrange方程的最优覆盖控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性。最后对多ASV最优覆盖网络进行仿真验证实验,实验结果表明该控制方法能够使多ASV在洋流干扰下从区域Q的任意初始位置收敛到最优覆盖配置。     

基于μC/OS-Ⅱ的AUV制导系统软件设计

简述了嵌入式实时系统软件的特点及应用,分析μC/OS-Ⅱ操作系统的特点,接着分析了在AUV(自主式水下航行器)制导系统中,其软件系统应该具备的功能,在此基础上给出了其任务划分的原则,并将μC/OS-Ⅱ应用到AUV制导系统软件设计当中.结果表明,利用μC/OS-Ⅱ提供的系统特征,可以简化实时多任务程序设计,降低程序设计的难度,并且制导系统的性能有很大的改善.     

自主水下航行器的二阶滑模变结构控制

为了消除传统的滑模控制在实际应用中所产生的抖动问题,运用了高阶滑模的设计思想设计了二阶滑模控制器,它不仅可以消除系统的抖动问题,还对系统存在的不确定性具有良好的鲁棒性,文中将这一方法运用于自主水下航行器,仿真结果表明,能够有效的消除系统的抖动.     

障碍物环境下的多AUV主从式编队控制

针对当环境中存在障碍物时,Leader-Follower编队控制中的Follower可能会与障碍物相撞的问题,提出了一种障碍物环境下的多自主水下航行器（AUV）主从式编队控制方法。首先,提出了一种通过改变AUV编队目标点的避障方法,并对其进行数学模型的建立和解析。然后,在Leader-Follower编队控制中,基于级联方法,研究了欠驱动AUV的编队控制问题。将Follower跟踪系统分解为相互级联的位置跟踪系统和航向角跟踪系统,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数。仿真结果表明,该方法具有良好的避障和编队控制效果,控制设计可以保证闭环系统渐近稳定,是有效的和可行的。     

仅利用位置信息的自主水下航行器主从式编队控制方法

研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题，提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息，而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径，并仅利用领航者的位置及航向信息设计一虚拟航行器，使其轨迹与参考路径在有限时间内重合。考虑了水下航行器的参数不确定性以及海流干扰等特点，给出了跟随者的自适应变结构控制律，使得跟随者沿着虚拟航行器的轨迹运动，从而与领航者保持期望的距离，达到编队控制的目的。仿真结果表明所提出的算法是有效的。     

编队约束下的AUV路径跟踪

研究了自主水下航行器(AUV)编队约束下的路径跟踪问题。将整个系统的误差分为2部分:①各AUV自身的跟踪误差;②AUV的编队误差;在此基础上,针对AUV的参数不确定性以及海流干扰等特点,提出了一种自适应变结构控制律,在滑动面的选取中,同时考虑了AUV的路径跟踪误差以及AUV之间的编队误差。文章从理论上证明了控制律的稳定性,并讨论了控制律实现中路径参数更新律的选取问题。仿真结果表明,所设计的控制律可以使AUV克服海流干扰,达到编队航行的目的,并且考虑编队约束时AUV相互之间的的距离误差比不考虑编队约束时的误差小。     

基于滑模观测器的AUV传感器故障检测

针对AUV(自主水下航行器)模型的非线性特点,利用滑模观测器对其进行状态估计,并将观测器输出和传感器输出之差作为残差.为了降低误检的概率,设定了两个残差阈值,当残差大于较大的阈值时,立即判定有故障发生,当残差在这两个阈值之间时,系统发生报警,并将前一段时间的一组观测数据和传感器输出数据进行统计分析,判定是否有故障发生.这样既不会漏检大幅度故障,又能够及时检测出缓变故障,达到实时故障检测的目的.仿真结果说明了这种方法的有效性.