水下机器人改进的S面控制方法

由于水下机器人系统的强非线性以及所处环境的不确定性，水下机器人进行精确作业时的运动控制技术一直是智能水下机器人技术中急于解决而又难于解决的问题。S面控制是一种简单实用的控制方法，但其控制器参数完全靠人工调整，需要设计者有丰富的实际经验。本文提出改进的S面控制方法与S面控制增加了自学习的算法，实现控制参数的自动调整。仿真结果表明改进S面控制方法具有更好的控制精度，更快的响应速度，改善了机器人的工作性能，是一种很实用的水下机器人控制方法。     

堤坝检测水下机器人运动控制系统的研究

堤坝检测水下机器人是为查找江、河、湖、海中各种堤坝的裂缝、破损等质量问题而设计的开架式水下机器人.文中介绍了堤坝检测水下机器人的运动控制系统,详细讨论了自动扫坝控制过程的运动控制算法和基于船位推算的导航方法.在综合考虑垂向和纵向自由度的运动能力的基础上,利用S面控制算法设计了运动控制器,使得水下机器人能够在垂向和纵向运动上取得协调,从而跟踪指定的路径.采用强跟踪卡尔曼滤波进行船位推算,解决了系统的导航问题.最后通过外场试验验证了整个运动控制系统的可行性和可靠性.     

微小型自主式水下机器人系统设计及试验

为了解决自主式水下机器人智能控制问题,设计了一种微小型自主式水下机器人。介绍了微小型自主式水下机器人的系统结构和关键部分系统,然后针对运动控制系统耦合问题,采用3个分控制系统方式实现水下机器人运动控制,最后进行了自主式水下机器人运动控制的试验研究。试验结果表明:研制微小型自主式水下机器人及其控制系统能够完成自主运动任务,实现自主化,为同类型的水下机器人提供参考。     

基于自适应区域跟踪的自主式水下机器人容错控制

研究自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的推进器自适应区域跟踪容错控制方法。 与传统的自主式水下机器人容错控制方法不同,采用区域跟踪控制思想,将控制目标设定为以期望轨迹为中心的空间区域。 针对系统中存在的不确定性及推进器故障问题,采用神经网络进行在线辨识。 考虑到推进器故障时存在推力饱和而导致神经网络学习发散的问题,提出一种包含饱和因子的神经网络权值调整方法。 通过仿真,对所提方法的有效性进行验证。     

基于案例的自主式水下机器人全局路径规划的学习算法

首次讨论了基于案例的学习方法在自主式水下机器人全局路径规划中的应用问题,基于案例的学习方法是一种增量式的学习过程,它根据过去的经验进行学习及问题求解。本文对基于案例的学习方法在自主式水下机器人的全局路径规划中的应用框架进行了初步研究,对案例属性的提取、案例的匹配和择优以及案例库的更新等问题提出了相应的算法,最后给出了几组仿真结果。     

水下机器人运动控制和仿真的数学模型

水下机器人是一个复杂的非线性对象，建立水下机器人普遍、规范、实用数学模型的问题备受关注，本文给出了这样一种模型，其特点是：（１）取类似线性系统状态方程的形式；（２）只涉及矩阵乘积运算；（３）为表达粘性水动力提出一合理简化方案；（４）把所有可能用于操作控制的量，便于进行多种操作控制；（５）考虑了海浪影响，所给出模型可直接用于控制和仿真。     

自主式水下机器人故障特征增强方法

针对小波方法对自主式水下机器人(AUV)纵向速度进行外部随机干扰抑制时存在的过抑制问题,提出一种AUV纵向速度信号故障特征增强与外部随机干扰抑制方法,采用自适应随机共振方法实现AUV纵向速度信号的随机共振,以达成外部随机干扰能量向故障信号能量的转移;针对AUV纵向速度信号的非周期特性,基于AUV纵向速度信号与周期信号驱动下双稳系统输出信号实验数据,分析AUV纵向速度信号驱动下布朗粒子运动状态。水池实验结果表明:所提方法相对小波方法故障信号特征增强效果为70.66%,避免了过抑制问题,且布朗粒子仅在负势阱内运动。     

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性.根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法.根据试验结果得出,针对现阶段仿生水下机器人的运动能力,其控制内容和控制方法是合理、有效的.研究和试验表明,符合实际的仿真模型与可行的运动控制方法使仿生水下机器人运动性能得到了不断的完善和改进;最终实现"仿生-Ⅰ"号的纵向速度控制、艏向控制和深度控制,从而使其具有大范围的转移能力.     

自主水下航行器的模糊控制

模糊控制用于水下航行器时,模糊决策表大多是依据模糊控制理论推导得到,这在工程实现上有一定的难度.为了在控制器设计中避开复杂的模糊逻辑理论,从AUV的控制特点出发总结出调整模糊控制决策表的规律,由此可以方便地获得控制决策表.本文以深度控制为例给出了控制决策表,仿真结果表明了该方法的正确性.     

基于非线性反步法的欠驱动AUV地形跟踪控制

为实现欠驱动水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的精确地形跟踪控制,设计了一种基于Lyapunov稳定性理论的非线性反步(backstepping)法控制器.基于虚拟向导的方法,结合AUV艇体的动力学特性,建立AUV垂直面地形跟踪误差方程,采用backstepping法设计地形跟踪控制器,利用Lyapunov稳定性理论分析了整个系统的稳定性.仿真实验中选择海底斜坡地形进行跟踪实验,且要求AUV相对地形保持一个恒定的高度偏差,结果表明该控制方法可实现对斜坡地形的精确跟踪.     

Design of Novel S-plane Controller of Autonomous Underwater Vehicle Established on Sliding Mode Control

本文在深入分析智能水下机器人（AUV）数学模型的条件下,权衡考虑了AUV的纵向速度对其他自由度产生的耦合影响,同时探讨了它自身所受剩余浮力与恢复力矩的影响,据此提出了一种基于滑模变结构的新型S面控制器。该控制器在保持普通S面控制器结构简单、参数易于调节的优点基础上,可克服AUV高速航行时采用普通S面控制器控制效果不佳的缺点;引入李雅谱诺夫函数开展控制器的稳定性分析,并将基于滑模变结构的新型S面控制器成功应用在AUV-X的基础运动控制上。开展了与普通S面控制器的对比试验,完成了试验结果对比分析,验证了文中提出的基于滑模变结构的新型S面控制器在AUV基础运动控制方面的有效性及可行性。

     

AUV水下分离运动及分离方式研究

自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统，在载荷被释放时要保证其不能和运载体发生碰撞。推导了载荷和运载体初始位置和初始攻角的计算模型。在此基础上，对载荷在推冲分离方式和重力解脱方式下的运动进行了仿真和分析，结果表明，在推冲分离方式下，载荷的上浮运动和俯仰角的变化规律使其与运载体相撞的机会增加；重力解脱方式下，由于裁荷没有上浮运动且具有合适的姿态，从而使得分离非常安全。仿真结果与试验数据的一致性，验证了所建模型的实用性与有效性。     

基于TTCAN和NCS的鱼雷制导系统结构

研究了时间触发的CAN总线、网络控制系统和基于网络控制原理的鱼雷制导系统。对于基于时间触发的TTCAN，详细分析了高层协议及工作原理。提出基于NCS的鱼雷制导系统一般性结构和设计方法，通过仿真分析了鱼雷网络控制系统存在的时延和数据包丢失等稳定性问题。通过对鱼雷网络控制系统结构、实时网络通信协议和规范的研究，指出NCS将是下一代全数字鱼雷的重要技术基础和结构。     

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。     

一种用于AUV导航控制软件开发与系统测试的半实物仿真系统

设计并完成了用于自主水下航行器(AUV)导航控制软件的开发与系统测试的半实物仿真系统。该半实物仿真系统由实时仿真计算机和真实的导航控制计算机构成,实时仿真计算机完成AUV空间运动的实时积分解算,并利用多功能数据采集卡和串行通讯端口模拟AUV导航控制系统中的传感器和操舵机构的工作,为导航控制计算机提供全真的软硬件工作环境,使开发人员在此基础上能够完成导航控制软件全部功能的开发,并进行全面、有效的系统级软件测试,具有非常高的工程实用价值。尤其在实航试验中,可以立即在现场对修改后的导航控制软件进行测试,极大地降低了由软件修改带来的试验风险。     

自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制

研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。     

近水面悬停远航程AUV受波浪的影响

远航程自主水下航行器(简称:AUV)在水下航行一定的距离后需要上浮到近水面悬停进行GPS导航定位,而在近水面AUV受波浪的影响不能忽略,因此有必要研究AUV在近水面悬停时受波浪的影响。在建立AUV六自由度运动数学模型的基础上,基于二元规则波的波浪理论建立了AUV所受波浪力的计算模型,并仿真计算了AUV在近水面悬停时受海洋波浪力的影响。结果表明AUV在2级和4级海况下都可以稳定地完成在近水面悬停作业的任务。     

远程自主水下航行器建模研究

通过对远程自主水下航行器进行动力学和运动学分析，基于经典的动量和动量矩定理。在地心惯性坐标系下建立了一种适合远程应用的自主水下航行器模型。该模型不仅考虑了地球的曲率，也考虑地球的自转运动，可应用于水下航行器导航与控制系统的一体化仿真及系统精度分析。