AUV控制系统规划层使命与任务协调方法研究

以地形勘查使命为背景,对AUV(自治式水下机器人)规划层使命与任务协调方法进行了研究．介绍了AUV控制系统的逻辑结构,采用分层Petri网对AUV规划层离散事件系统进行了建模,通过对向目标区域航行任务库所进行扩展阐述了任务规划层的分层Petri网模型．提出了一种基于改进RW离散事件监控理论的协调方法,分别阐述了AUV使命与任务规划层离散事件系统的监控与协调．最后,通过湖试试验验证了AUV规划层使命与任务协调方法的正确性．     

AUV自主控制全局模型及智能决策算法研究

分析了自主式水下潜器(AUV)自主控制全局模型的内涵,指出应该包含环境信息、使命信息以及自身状态三个部分;用栅格法建立了环境模型;定义了"多区域地形勘察"使命案例;分析了与决策算法相关的AUV自身状态的表示方法;在此基础上开发了智能决策算法,算法包含路径选优和速度规划两部分;应用图论及运筹学的方法实现了路径选优,应用遗传算法实现了速度规划;用Petri网为AUV的使命控制过程建模,最终完成了智能决策算法和使命控制系统的集成;经仿真验证,所开发的智能决策决策算法正确有效,AUV使命的控制和执行自主可靠.     

多线程技术在AUV自主控制系统中的应用

自主控制系统对于自主式水下机器人(简称AUV)使命执行的安全性和有效性至关重要.本文在QNX环境下利用多线程技术实现了一种AUV自主控制系统.文中介绍了AUV的混杂系统结构和自主控制原理,给出了自主控制系统的多线程结构.设计了多线程同步模块,并与QNX消息传递机制相结合实现了AUV自主控制系统线程间的同步与通信.最后在半实物仿真平台上对自主控制系统软件进行了验证.     

一种基于电子海图的欠驱动AUV区域搜索方案

针对环境(主要指边界信息)已知的区域搜索任务,设计了适用于欠驱动AUV(autonomous underwater vehicle)的区域搜索方案,能在极少量人工参与的情况下在任务区域的电子海图基础上实现环境模型建立进而规划出全局路径,由AUV自主地完成对路径和地形的自主跟踪,从而实施诸如地理信息采集或物体探测等作业任务.首先,路径规划方法能在给定任务参数的基础上自主地对电子海图进行处理形成环境模型并据此给出2维梳状全局路径,即使区域的几何形状为复杂的凹多边形也能给出合理结果;其次,自主跟踪采用解耦的控制方法,即分别对纵向速度、艏向和深度进行控制,使得AUV能同步地完成对水平面路径和对海底地形的跟踪.提出了一种基于Sigmoid函数的路径跟踪制导控制方法,控制器以AUV的当前艏向及其与路径的横向距离偏差作为输入,经过计算输出参考艏向角;将具有良好鲁棒性的非线性自适应S面控制算法融入执行层的控制,在加速了系统响应的同时减小了超调从而提升了控制效果;最后,跟踪仿真试验的结果显示AUV在水平面对梳状路径的跟踪误差在给定路径规划重叠率参数的前提下能保证AUV对区域扫描的全覆盖,在垂直面对地形高度的跟踪误差符合传感器对距离的要求.全局路径规划方法的可行性在介绍算法的同时结合算例得以验证,跟踪仿真试验也说明自主跟踪控制器能较好地同时跟踪梳状路径和变化的地形.     

基于能量约束的自主水下航行器任务规划算法

多水下自主航行器（AUV）任务规划是影响集群智能水平的关键技术。针对现有任务规划模型只考虑同构AUV集群和单潜次任务规划的问题,提出了适用于AUV异构集群的多潜次任务规划模型。首先,该模型考虑了AUV的能量约束、AUV多次往返母船充电的工程代价、异构集群个体间的效能差异、任务多样性等关键因素;然后,为提高问题模型的求解效率,提出了一种基于离散粒子群的优化算法,该算法引入用于描述粒子速度、位置的矩阵编码和用于评估粒子质量的任务损耗模型,改进粒子更新过程,实现了高效的目标寻优。仿真实验表明,该算法不仅解决了异构AUV集群的多潜次任务规划问题,而且与采用遗传算法的任务规划模型相比较,任务损耗降低了11%。     

基于对象Petri网的AUV水面监控系统建模

针对通常的模型不能同时描述自主式水下航行器(AUV)水面监控系统的静态结构和动态过程,而且在层次化、可扩充性等方面也不能满足建模需求的问题,采用对象Petri网建立了AUV水面监控系统模型.首先对AUV水面监控系统进行了分析,划分了系统对象;然后建立了适用于各个对象的不同工作模式的Petri网模型;最后给出了AUV水面监控系统的对象Petri网模型,并进行了仿真分析,仿真结果与实际过程相符合.仿真结果表明,基于Petri网建立的AUV水面监控系统具有实时性和可靠性,提高了AUV系统的自主能力和可视化能力,以及航行的可靠性和安全性.     

离散事件系统规范DEVS研究

离散事件系统是一类常见的系统，如何对这类系统进行描述与建模是离散事件系统仿真研究的核心内容。离散事件系统规范DEVS是一种离散事件系统形式化描述方法，它具有层次化和模块化的特点，利用该方法可对复杂的离散事件系统进行建模、设计、分析和仿真。该文详细介绍了DEVS基本模型和耦合模型，给出了DEVS在耦合运算下的封闭性构造证明，并提出了一种具有嵌套层次结构的DEVS耦合模型实现算法，该算法对基于DEVS描述的离散事件系统的仿真实现具有一定参考价值。     

基于改进谓词/变迁网的飞行方式指示器模型研究

为实现空客320飞行仿真中的飞行方式指示器(Flight Mode Annunciator, FMA)仿真,面向离散事件系统,提出一种基于二阶谓词/变迁网的建模方法,并对FMA建模及仿真验证。分析FMA系统功能特点,确定其可用谓词/变迁网建模,但FMA每当飞行方式改变时附带的白色方框提示使传统谓词/变迁网模型繁杂而难以实现。为简化系统模型,在谓词/变迁网的基础上提出继发网,以此为基础定义了适用于离散事件系统的通用型二阶谓词/变迁网,以FMA为例进行了建模及仿真验证。实验结果表明,二阶谓词/变迁网解决了离散事件系统建模时“系统中每一次状态更新都会激活同一个新事件”带来的传统谓词/变迁网模型结构复杂问题,实现了空客320飞行仿真中的FMA仿真。     

具有侧向推力控制的自旋导弹建模与仿真

对于复合侧推力控制的自旋防空导弹,其末端控制时,由于侧喷发动机的工作,动力学特性属于具有离散事件的混杂系统。该文简单介绍了离散事件系统的有限状态机建模方法。利用有限状态机对姿控发动机的离散事件特性建模,同时实现导弹侧推力发动机的推力曲线仿真和复合控制系统仿真模型。由于有限状态机很容易通过仿真软件来实现,因此使用有限状态机能够很方便地建立导弹的一体化仿真环境。文中展示了建立在Simulink环境下的导弹仿真模型,并通过仿真结果展示了控制器的控制效果。     

分层离散事件系统的不透明性

针对离散事件系统（DES）的不透明性问题，结合具有分层（hierarchical）结构的自动机模型，提出了分层离散事件系统的不透明性.对分层离散事件系统进行标准化，给出了分层离散事件系统不透明性和K延迟不透明性两个概念.为了对分层离散事件系统的两种不透明性进行验证，分别构造了两种相应的不透明性验证器，得到了关于不透明性和K延迟不透明性的充分必要条件，并对构造不透明性验证器的复杂度进行了分析.     

机器人作业的离散事件建模与控制方法

针对传统机器人控制中规划器开环的不足, 首先设计了底层的非时间参考的连续路径规划与控制方法, 使规划器的规划值基于系统的状态之上, 避免了基于时间规划的系统由于意外事件造成的损害和任务的重新规划; 在此基础上, 又建立了整个作业任务的离散事件模型, 设计了离散事件路径规划方法及控制综合方法, 实现了事件反馈的闭环, 提高了系统处理不确定事件的能力和作业的自动化程度. 最后两台PUMA560机械手搬运被识别工件的作业验证了本文算法的有效性.     

USV&AUV水下目标协同搜索与打击航迹规划

异构载运工具合作执行复杂任务是提高任务完成效率的有效手段,己被广泛应用于军事与民用任务.关注对水下目标的搜索与打击任务,此项任务由水面航行器(unmanned surface vehicle, USV)与水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)合作完成.首先描述USV&AUV系...     

How to design a discrete supervisory controller for real-time fuzzycontrol systems

The task of the supervisory controller is to stabilize the systems states within a bounded region defined by designer. In this paper, a discrete approach to the solution of the stable fuzzy control system is presented. It is proved that the fuzzy control system equipped with the discrete supervisory controller is globally stable in the Lyapunov sense. Finally, a fuzzy controller with a discrete supervisory controller is applied to the balance control system, both in simulations and in the real-time implementation     

Formalizing real-time scheduling using priority-based supervisory control of discrete-event systems

In this note, we formalize real-time task scheduling by applying an extension of supervisory control theory (SCT) of discrete-event systems to real-time models. The set of all possible timed traces of the system is specified by a discrete timed automaton where each transition is associated with an event occurrence or the passage of one unit of time. We introduce priorities to SCT, and apply them to the setting of discrete timed automata in order to develop a formal and unified framework for task scheduling on a single CPU.     

模糊离散事件系统监督控制理论

为了将经典离散事件系统 (Discrete event systems, DES) 中的监控理论扩展到模糊离散事件系统 (Fuzzy discrete event systems, FDES) 中, 总结了目前 FDES 建模和监控理论方面的成果, 进一步讨论了 FDES 的能控性, 给出了非阻塞监控的条件. 对 FDES 的能控子语言与优化监控进行了分析, 得到了能控子语言的性质. 以模糊自动机作为监控的一种形式, 给出了监督控制具体的实现方法, 这对于进一步开展 FDES 的研究工作是有益的.