基于北斗定位与通信的全海深ARV回收控制系统设计

针对全海深无人潜水器ARV海试作业后回收困难的问题,设计了一种基于STM32单片机、北斗BDM910模块、姿态传感器MPU6050模块、Elmo驱动器及推进器组成的全海深ARV定位与通信自主回收控制系统.采用北斗模块不仅可以向母船传输ARV位置信息和姿态航向数据,还可以通过发送母船位置信息实现ARV自主向母船靠拢完成回收.采用双闭环控制ARV的航线和航向角,既确保了航向角能够自动调整指向母船位置,又能通过控制推进器来缩小航线路径偏移量,减小了海流对潜器运动过程中航线的干扰.海试结果表明,该控制系统运行稳定,能够有效提高ARV回收效率.     

"海斗号"全海深自主遥控水下机器人参数化设计方法与试验研究

以"海斗号"全海深自主遥控水下机器人(ARV)高效地实现深渊探测为目标,在分析其面向使命的典型性能指标的基础上,提出运用模糊层次分析法,构建"海斗号"总体设计的参数化模型.通过模型参数配置和优化,实现"海斗号"以最小时间成本完成深渊探测的目标.通过2次马里亚纳海沟深渊科考航次的海上试验,实现了"海斗号"与大垂直剖面深渊探测需求的匹配性,验证了本文参数化设计方法的有效性.     

全海深ARV水下LED调光驱动电路设计

针对于全海深ARV水下LED灯驱动工作环境复杂、电流控制困难等问题,以XL4016为调光驱动芯片、MSP430F149为控制核心,基于数字PID算法设计出对驱动电路输出电流精确控制的水下LED灯驱动,实现高精度调光.优化设计外围电路,完成主要元器件参数计算与选型,并通过实验验证.实验表明所驱动电路输出电流范围为0～4A,控制精度高,误差不超过0.6％,可驱动40 W的水下灯正常工作,驱动LED光强度稳定,且输出纹波电流小、操作简单、效率高,适合全海深ARV复杂的环境.     

全海深ARV浮力配平计算方法

全海深ARV(自主遥控水下机器人)下潜至马里亚纳海沟,机器人工作环境温度降低、海水压力增大,会引起载体结构、补偿油体积变化.根据深渊海水密度、重力加速度和机器人体积的变化,计算得到机器人浮力状态的变化量,从而计算机器人浮力配平.通过公式推导并结合"海斗号"ARV深潜数据和补偿油压缩实验数据,得到全海深ARV浮力配平计算方法.其主要包括海水密度测算、马里亚纳海沟重力加速度测算、机器人结构和补偿油排水体积变化测算.计算得出在11000 m深度实现浮力配平所需的压载为8.9 kg.完成"海斗号"ARV浮力配平,保障机器人深渊工作环境浮力与重力匹配,成功进行了多次马里亚纳海沟万米深潜.本文方法为全海深水下机器人浮力配平提供了理论计算依据.     

基于UNITY3D的水下机器人视景仿真方法

水下机器人的视景仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位.一方面应用在水下机器人航行时,进行实时监控,显示机器人的姿态信息.结合海底信息,为操作员的操控提供了重要的辅助信息;另一方面也应用在测试阶段的仿真航行,它可以反馈海底的障碍信息,提供高程深度数据.本文针对水下机器人视景仿真的需要,设计了水下机器人的视景仿真方法,利用UNITY3D技术进行开发,根据实际地图数据建立海底场景,显示水下机器人在水下航行的姿态,提高了海景的渲染效果和真实程度.本方法已经实际应用于"十三五"国家重点研发计划全海深水下机器人"海斗一号"中和国家重点研发计划全海深AUV中,在论证,测试,实用等各个阶段中,该方法都具有重要意义,为水下机器人的进一步研究提供了有力支撑.     

潜水器的发展趋势

1.潜水器发展简况及存在问题近十年来,美国、法国、加拿大、日本等国为适应海洋开发,研制了各种型式和用途的海洋开发机器。如用于海洋资源调查、海底井架及管道维修管理,海底电缆舖设等载人,无人潜水器等。载人潜水器的特点是,操作者可直接观测和操作,比无人潜水器灵活。1960年,美国载人     

一种消防设备电源监控系统的研究与设计

为了进一步提高消防设备电源监控系统的探测准确性及响应时间,在传统监控系统的基础上,利用现代电力电子技术和先进智能算法,设计了一种基于STM32F的消防设备电源监控系统;系统监控传感器采集消防设备电源的电压电流及开入开出信号,通过高性能微处理器利用RMS方法、阈值分析等方法对数据进行初步分析,并采用S变换算法对信号进行特征提取进一步判断和识别故障信号;监控传感器处理数据后通过RS485将设备电源状态传至监控主机中集中监控,对外提供Modbus-RTU通信协议,方便与其它系统的数据交换,并进行显示和报警等操作;试验结果表明,基于STM32F的消防设备电源监控系统检测电压电流故障精准度高达99.18%,响应时间极大满足国标要求,有效确保消防设备电源的正常运行。     

基于STM32的输液监控系统设计与实现

为实现静脉输液的智能化与网络化,研制了一套以STM32为核心的输液监控系统。该系统具有液滴检测、液滴速度显示与控制、余液显示、无线通信和声光报警等功能。系统采用红外对管检测莫菲氏滴管内的液滴滴落情况,用步进电机及配套传动装置控制液滴流速,用OLED显示屏显示液滴速度及剩余液量,用WIFI232模块实现无线通信。若发生异常情况,利用蜂鸣器和LED灯进行声光报警,相关人员可根据提醒及时处理。该系统具有很好的应用前景。     

遥控水质采样的自适应空气动力无人船系统设计

遥控水质采样与监测无人船作为一种新型水域环境监测平台,具有体积小、成本低、使用方便等优点,可应用于复杂水域的水质采样与监测.传统的无人船利用水中的螺旋桨提供动力,易被水草和杂物缠绕而失去动力,因此设计了一种利用空气中的螺旋桨提供动力的遥控水质采样与监测无人船.系统通过加速度传感器、超声波测距传感器、GPS导航仪等实现自主航行和水质采样,通过无线通信将采样到的数据传输到上位机中,实现水质的自动采样与监测,同时利用一种污染源在线追踪方法,可使无人船对污染源进行自动追踪.     

基于以太网和GPRS的冗余通信电源监控系统

为保证电源远程监控过程中数据传输的稳定性,本文以STM32F407ZGT6芯片为主控芯片,基于以太网和GPRS设计了一种具备冗余通信功能的电源监控系统.该系统在数据传输过程中可根据系统运行状态在以太网和GPRS无线模式中自由切换,保证数据传输的稳定性.试验表明,该系统提升了整个监控系统的稳定性和可靠性.     

CAD For Intelligent Activity of an Autonomous Submersible System

This paper describes a CAD facility for the design of automatic guidance and control strategies for an unmanned autonomous submersible. The facility utilises a three dimensional colour graphics display of the scene and vehicle trajectory, providing a man/ machine interface for the operator in addition to vehicle motion simulation with six degrees of freedom. A primary application envisaged for the CAD facility is in the design of scene analysis algorithms and the intelligent control system structure, for an autonomous submersible employing scanning sonar as its target sensor.     

基于干扰精细估计与神经网络推力分配的载人潜水器控制

针对潜水器在水下运行时会受到洋流、参数摄动等多种干扰因素影响和潜水器的过驱动问题,设计一种基于干扰观测的反步控制器和基于神经网络二次规划的推力分配器的双层控制结构.首先,建立潜水器系统在洋流影响下的动力学模型;其次,将潜水器受到的干扰分为由洋流产生的干扰和由其他因素引起的干扰两部分,分别使用洋流观测器和非线性干扰观测器进行估计,并基于干扰观测信息利用反步法设计运动控制器;然后,针对潜水器的过驱动特性以及推进器的推力受限问题,提出一种基于神经网络二次规划的推力分配方法;最后,使用Matlab进行数值仿真,验证所提控制方法的有效性和优越性.结果表明,基于干扰精细估计与神经网络推力分配的潜水器运动控制系统具有干扰估计更加准确、推进系统的耗能最优,以及避免推进器的推力超限等优势.     

爬游无人潜水器导航控制系统设计

深海爬游无人潜水器是一种既可在深海巡游,又可在海底爬行的新型深海无人潜水器。针对爬游潜水器水中巡游和海底爬行作业的任务需求,以及控制系统通信量大、管理设备多、数据处理量大、工况复杂等问题,提出了“上层导航控制+下层运动控制”两层控制结构的思想,设计了以PC104嵌入式计算机为硬件平台,以实时多任务操作系统VxWorks为软件平台的爬游无人潜水器嵌入式导航控制系统。在实现多任务调度、通信管理、数据采集存储等功能的基础上,完成了导航避障决策仿真实验,验证了潜水器导航控制系统的控制效果。     

无人值守微机监控系统自动开关机功能的实现

自动开关机功能是无人值守微机监控系统的一项重要内容。文章论述了在Windows操作系统环境下 ,以SANTA - 50 0为后备电源的无人值守自动开关机系统的设计与实现方法 ,介绍了自动开关机系统的原理以及硬件和软件设计     

An Experimental Test Bed for Small Unmanned Helicopters

This paper introduces a custom experimental test bed for the evaluation of autonomous flight controllers for unmanned helicopters. The development of controllers for unmanned helicopters is a difficult procedure which involves testing through simulation at first, and then actual experimentation on real vehicles. As simulation cannot accurately represent the exact real flight conditions and the dangers involved in them, the suggested test bed fills the gap between simulation runs and experimental flights. The developed system involves a small helicopter mounted on a flying stand, equipped with a set of sensors for real-time flight monitoring and control. For demonstration purposes, the test bed has been used for design and validation of a fuzzy logic based autopilot, able to perform hovering and altitude control. Experimental results are presented and commented for various test cases.     

水下无人装备声呐发射机自动测试系统设计

针对某型水下无人装备声呐发射机的工作原理和现有声呐发射机检测方式落后,检测能力不足等问题,设计了基于国产PXI总线仪器平台的水下无人装备声呐发射机自动测试系统;首先分析了发射机的工作原理和检测需求,进行声呐发射机自动测试系统的总体设计;其次介绍自动测试系统的软硬件平台实现方法和关键技术,包括国产PXI总线仪器选型、接口单元设计、测试平台软件架构设计和实现以及数据处理算法设计和实现等技术;最后对声呐发射机自动测试系统的试验结果进行分析;应用结果表明：该系统能实现某型水下无人装备声呐发射机主要参数的测量,相较传统测试方法,自动测试系统能够节约大量的测试时间与人力,实现测试工作效果的最大化提高,并且还能防止人为因素对测试结果造成的不良影响。     

潜油电泵智能选型系统的设计与实现

潜油电泵的智能选型对浅海油田的石油开采具有现实意义。在智能选型系统中建立相关的计算模型并完成电机表面流速、挂泵深度、井底流压等多项参数的计算。利用计算机进行数值计算、绘图及数据存储,将石油勘探、钻井、完井、采油过程中产生的数据有机地结合在一起,构建利用计算机平台处理的潜油电泵机组智能选型设计模型。从而提高工作效率、节省大量的资金,使浅海油田的石油开采从传统方式向智能化迈进一步。     

复合干扰下载人潜水器的全阶滑模控制

针对蛟龙号载人潜水器(JIAOLONG)在运行过程中受到深海洋流、模型不确定性和未建模动态等因素影响,本文设计了一种基于干扰观测器的新型全阶滑模控制(disturbance-observer based full-order sliding mode control,DOB–FOSMC)方法.首先,建立载人潜水器系统的动力学模型;然后,设计扩展非线性干扰观测器估计系统的复合扰动;其次,设计能够描述潜水器完整动态特性的全阶滑模面,从而得到滑模控制律,并给出闭环控制系统的稳定性分析;最后,通过数值仿真验证控制方法的有效性和优越性.基于干扰观测器的全阶滑模控制方法的优越性主要体现在:能够描绘载人潜水器的全阶动态特性,并且有效抑制抖振现象.