自主水下航行器控制系统的设计及实现

在海洋观测、海底资源开发以及水下勘察等水下作业中,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为不可或缺的装备.航位推算是AUV在水下自主航行的关键技术.因此,介绍AUV的结构组成、硬件控制系统以及软件控制系统等,重点介绍了一种AUV自主导航的航位推算算法以及最后的湖试实验...     

自主水下航行器数据传输方法研究

根据自主水下航行器（AUV）中控制系统局域网络（CAN）实际数据传输的特点,将实时周期数据安排在一系列时间片上进行传输,采用遗传算法对数据传输进行优化调度,实现了总线传输负荷均衡,避免了数据传输的冲突和竞争。相关的时序分析和仿真结果验证了该方法在AUV数据传输中的有效性。     

AUV模块化建模的一种方法

针对AUV(自主式水下航行器)的建模提出了一种新的方法.该方法对组成AUV的各个部分进行的模块化建模,当AUV在改变或更换一些部件配置以满足不同的任务需求时,只需对更改模块进行必要的计算,其他未变动的模块数据可以重复使用,从而快速方便的得到新模型.该方法的准确性通过仿真结果与其他已知模型进行比较验证.     

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CAD的自主式水下航行器几何模型参数化建模

为满足自主式水下航行器(AUV)多学科设计优化对几何模型创建过程自动化的要求,研究了基于CAD技术的AUV几何模型的参数化建模方法。首先对AUV几何模型特征进行具体分析,建立了AUV参数化的几何模型;然后在此基础上,以UG NX7.0软件作为开发平台,结合VC++工程应用,采用内部开发模式,驱动UG/Open API库函数,创建了AUV几何模型参数化建模的应用程序,并最终通过具体实例验证了该方法的可行性。     

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。     

基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析

由于所携带能源总量的限制,目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求.为了有效地减少能耗,解决AUV工作时间短的问题,提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV.该AUV通过着陆坐底实现定点测量,可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测.基于此,对AUV的着陆策略进行研究.在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上,分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系.最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案,并基于模糊控制设计着陆控制器.该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量,可以使AUV以较短的时间着陆于海底,同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内,满足了AUV安全着陆的要求.仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性.     

面向AUV多学科设计优化的参数化几何建模及其关键技术

为解决自主式水下航行器(AUV)多学科设计优化过程中几何模型自动更新的问题,研究了面向AUV总体概念设计的参数化几何建模方法及其关键技术。在具体分析AUV多学科设计优化流程及其对参数化几何建模要求的基础上,以UG NX7.0软件作为二次开发平台,利用VC++驱动其UG/Open API的建模功能函数,创建AUV参数化几何建模的工程应用程序,并重点解决了CAD建模过程中的结构特征关联、特征曲线控制、肋骨类型转换、曲线段壳体肋骨建模和冗余特征参数处理等关键技术。最终,通过两个优化实例验证参数化几何建模方法的可行性,结果表明该方法满足了多学科设计优化的要求,对建立AUV总体概念设计多学科优化集成平台有重要意义。     

无人自治水下航行器外形及推进系统优化设计

无人自治水下航行器(AUV)的航程直接影响了其执行水下调查任务的能力,提高航程的关键在于减小其外形阻力及提高推进系统效率。根据航行器Myring外形的曲线方程及阻力求解公式,通过程序编写对不同外形参数下AUV的阻力进行迭代求解,获得了优化的低阻力外形;并根据AUV周围的流场结构,利用升力线理论设计了适用于无人自治水下航行器的高效率螺旋桨叶型。最后提出与螺旋桨相匹配电机的选择方案,以保证整个推进系统的效率最优。通过理论分析计算与工程实践相结合的方式,为中、小型大航程Myring外形AUV的阻力预报、艇型及推进系统设计提供了参考。     

基于形变卷积和深层聚合网络的水下文物检测

搭载有视觉检测系统的自主水下航行器(AUV)具有水下文物探测功能,对深海考古有着重要意义。 水下文物所处环境复 杂多变,目标存在破损、堆叠和泥沙掩埋等情况,导致判别特征提取困难,使得 AUV 视觉检测系统无法可靠、准确地实现水下文物 的检测。 针对上述问题,提出一种基于可形变深层聚合网络模型的水下文物检测算法。 为了充分提取复杂环境下水下文物目标 特征信息,设计了具有可形变卷积层的多尺度深层聚合网络。 在此基础上,引入 SimAM 注意力模型进行特征优化,来增强文物目 标潜在特征信息并削弱背景干扰。 最后,通过不同尺度的特征融合实现水下文物检测。 在采集的水下文物数据集上进行大量验 证和分析,算法的精确率、召回率和平均精度均值(mAP)分别达到了 92. 7% 、90. 5% 和 92. 2% 。 此外,算法已部署到 AUV 系统中。 在实际深海测试场景中,视觉检测系统的文物检测帧率达到 19 fps,可满足实时检测的任务需求。