AUV载荷分离运动仿真研究

自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicles)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.文中研究了AUV在水下进行分离的运动学、动力学机理,利用多刚体动力学方法,建立了相应的数学模型;考虑分离安全性的要求,对不同初始条件的载荷分离进行了仿真.文中的仿真研究将为AUV载荷分离研究具有重要的工程指导意义.     

大潜深AUV纵向变结构控制研究

针对大潜深AUV大幅变深时弹道参数变化显著、小扰动线性化模型偏差大的问题,提出了一种易于实现的纵向运动变结构控制方法.设计了控制切换函数和控制算法,分析了系统在状态空间内的运动,证明了切换面的可到达性和控制算法的稳定性,给出了消减控制抖振的改进方法.应用Simulink编程,进行了AUV六自由度运动仿真.仿真结果表明,采用改进的纵向变结构控制,AUV变深速度快、航迹平滑,控制效果好.     

远程AUV近水面运动纵向模糊滑模控制

针对自主水下航行器（AUV）近水面航行过程中波浪扰动的问题,研究了模糊滑模控制在AUV近水面纵向运动控制中的应用。在AUV六自由度非线性模型的基础上进行合理的近似和简化,建立了线性化纵向运动方程。根据随机长峰波理论和波浪谱密度函数对AUV受到的波浪力和力矩进行了数值计算和仿真。基于滑模控制方法设计了AUV纵向运动控制器,对1阶波浪力扰动下的深度控制性能进行了分析,并通过在滑模控制器的基础上引入模糊逻辑解决1阶波频扰动引起的控制输入高频抖动问题。近水面深度控制计算机仿真结果表明,所设计的模糊滑模控制器在保持良好的控制性能的基础上能够达到减弱舵角高频抖动的目的。     

拖缆对水下航行器的操纵性能影响

为探究拖缆对水下航行器的操纵性能影响,基于集中质量法建立了拖缆的动力学方程,利用边界耦合条件,将拖缆首端产生的张力影响计入水下航行器的六自由度运动方程组,建立了拖缆-水下航行器耦合运动模型。通过数值仿真计算,对比分析了拖缆对航行器直航、回转和下潜运动时的操纵性能影响。数值分析结果表明：航行器加装拖缆后,航行器在直航、回转和下潜运动时的速度有所降低;航行器回转运动时,拖缆会减小回转半径;航行器下潜运动时,拖缆降低了航行器的下潜稳定性,且减小了航行器弹道倾角的绝对值,增大了航行器达到预定深度的距离,同时由于航速降低,导致航行器达到预定深度的时间会增加,从而也降低了航行器下潜性能。     

基于EASY5的AUV热动力系统建模与仿真

在实现水下航行器的智能化,优化弹道,提高技战性能等方面,水下航行器热动力装置采用闭环控制相对于开环控制具有明显的优势。该文以新型多速制燃料流量闭环控制水下航行器热动力系统为原型,研究了基于EASY5的水下航行器热动力系统建模与仿真,建立了仿真对象的数学模型和规范的模块化仿真模型,进行了水下航行器热动力系统设计工况（稳态）、启动过程及变工况的实时仿真。通过将仿真结果与水下航行器台架试验数据进行对比分析,结果表明,所建立的模型较为完整、准确,仿真运行可靠,研究成果满足工程需求。     

AUV载荷水下分离方法研究

文中建立可封闭求解的AUV分离运动方程,给出各种初始参数的计算方法;并基于该方程对某AUV的载荷分离进行仿真试验,仿真结果很好地反映了AUV的载荷分离运动.     

基于新型浮点DSP的AUV导航计算机系统设计

为使自主水下航行器（AUV）导航计算机成本、功耗和体积达到最低,设计了一种基于TI公司新型数字信号处理器（DSP）——TMS320F28335的小型导航计算机,取代以往基于双处理器结构的同类系统,其浮点运算能力可满足导航计算要求,同时采用片内的6路A/D转换器,3路异步串口,2路控制器局域网（CAN）总线等资源完成数据采集和通信功能,外扩一片非易失性NAND FLASH实现大容量数据存储,高速数据交换通道可用于扩展高性能DSP阵列。仿真结果表明,在规定的周期内,系统可完成数据采集、接口通信、导航解算、数据存储等任务。该设计用单片处理器和最少的外围芯片数量实现了高性能的导航计算机系统。     

AUV回收技术现状及发展趋势

基于当前AUV技术的发展形势及应用领域阐述了AUV回收的背景及意义,介绍了国内外AUV回收技术现状,并主要针对最新的自主回收技术,分析了其相关力学、控制以及导航等关键领域中的技术难点和理论方法,概括了相应的解决思路,探讨了AUV回收技术的发展趋势。     

多AUV编队协调模糊控制策略

针对海域不同障碍环境,从运动学特性出发,提出了一种多自主水下航行器(AUV)编队避障策略.该策略是在领航-跟随法的基础上,利用编队队形的几何关系,引入虚拟AUV,再采用模糊控制避障策略,使编队能顺利通过障碍物,到达目的地.同时该策略有很好的柔性性质,能够根据障碍环境信息的不同,编队系统能保持初始编队队形运动或者适时改变编队队形运动.仿真结果表明,该策略能有效引导AUV编队系统避障.     

海流环境下AUV 航行偏移影响研究

针对不同海流环境会对自主式水下无人航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)航行船位产生不同程度偏移的问题,构建一种海流环境下AUV运动模型,并基于海流区内AUV航行船位距离偏移及船位方位偏移评价指标,分析海流环境对AUV航行偏移的影响规律。结果表明：当海流流向或流速达到一定量值时,对AUV航行船位的距离和方位偏移影响陡然增加;相比海流流向,海流流速对AUV船位偏移影响更为直接;不同方向及大小的海流在一定情况下会对AUV航行船位偏移产生一致的影响;通过设置AUV船位偏移阈值,可为AUV航路规划提供辅助决策,避开存在相应海流阈值的海域,从而提高AUV对武器、装备及物资的远距离精准投送能力。     

AUV Load Separation Motion with Constraint of Anchor Chain

Motion equations of AUV（autonomous underwater vehicle） load separation with the constraint of anchor chain is derived. Based on proper engineering assumptions for anchor chain, system viewpoint is used to found the motion equations, and the D＇ Alemhert principle is used to eliminate the constraint force of anchor chain. Based on the equations, the motion simulation is carried out to a certain AUV, which reflects the actual condition, and is used for the reference of resrarching AUV load separation motion with the constraint of anchor chain.     

新型航空拖缆制作与检测方法

为提高可靠性,研制一种同时具备大长度、小直径、高强度和高柔韧性的新型航空拖缆。在以往研究的基础上,开展空气动力仿真分析,介绍新型拖缆的材料选取、加工工艺工程,并进行地面模拟测试和实际飞行验证,给出2种拖缆抗拉强度指标对比表和放出长度与张力关系图。结果表明:新型航空拖缆的技术性能达到规定要求,满足用户使用条件,其设计、生产和测试过程合理、可行。     

基于ADAMS仿真的自主水下机器人入坞碰撞分析与导向结构优化研究

结合自主水下机器人(AUV)于千岛湖水下对接试验,对自主研制的水下对接装置导向性能进行研究。在分析AUV水下受力状况和接触碰撞参数基础上,建立AUV入坞碰撞过程的ADAMS物理仿真模型,通过比较试验结果和仿真结果中AUV姿态和前向速度的变化,验证仿真模型的有效性。从AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面分别探讨凸形罩、锥形罩和凹形罩3种典 型导向结构的导向能力,分析对比仿真结果,对导向罩母线曲率进行改进设计与优化、得到S形罩。 多次仿真发现：在AUV入坞姿态相同条件下,S形罩能够调整的AUV入坞偏距最大为100 cm,比凸形罩提高20 cm;S形罩能够调整的AUV入坞偏角最大为22°,比凸形罩降低1°;但S形罩产 生的碰撞力和AUV入坞时间都有所下降,调整AUV运动趋势效果明显改善。在水池对凸形罩和S形罩分别进行AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面试验,结果表明S形罩的导向性能有明显改善。     

一种利用单信标修正AUV定位误差的方法

针对配置有捷联惯导（SINS）／多普勒速度仪（DVL）／深度传感器组合导航定位系统的自主水下航行器（AUV）的定位误差随时间增大,以及采用GPS修正定位误差引起的AUV隐蔽性降低等问题,提出了一种利用水下固定单信标修正SINS／DVL／深度传感器组合定位误差的方法。该方法首先利用水声测距原理测量出AUV与水下固定单信标的距离,然后基于空间几何关系计算出AUV的实时位置,最后通过卡尔曼滤波连续修正AUV的定位误差。仿真结果表明,该方法可以有效减小AUV的定位误差,有较好的工程应用价值。     

一种资源约束下的AUV编队系统动态任务规划方法

动态任务规划是协调复杂环境、自主水下航行器（AUV）有限资源以及动态任务之间耦合,提高编队协同能力的关键技术。针对资源约束下的AUV编队系统动态任务规划问题,提出了一种基于不公平度的资源均衡方法,兼顾资源均衡和效能最大2个目标,建立了基于合同网的多约束多目标任务规划数学模型,基于着色Petri网实现了系统的形式化建模/仿真/验证一体化。仿真结果表明,该方法能够有效地解决以效能最大为目标的资源选择原则导致的优者负载过重和以平均执行任务数为核心的负载平衡算法带来的任务等待时间延长问题,提高了系统的效能。     

AUV舵面故障的直接自修复控制

为了提高水下航行器（AUV）控制系统的可靠性,提出了基于模型跟随法的直接自修复控制方案,通过寻找故障发生后立即产生作用且与故障的具体信息无关的直接自修复控制规律,使故障AUV迅速恢复正常工作状态。该方案无需故障辨识就可以实现多个舵面故障的完全自修复,在AUV无故障时对其性能没有任何损失,并对扰动有良好的纠偏能力。上述特点和结论均得到了数学上的严格论证和仿真结果的有效支持。     

超低速小型AUV外形及流体动力布局研究

超低速自主式水下航行器（AUV）是AUV技术研究的新领域。如何在超低速（〈0.5 kn）情况下获得良好的航行稳定性能是超低速航行器技术研究的主要内容之一。针对超低速小型AUV的水下布放与回收的特点,提出了一种基于回转体外形的超低速小型航行器外形及流体动力布局设计方案,着重解决AUV在超低速航行的高稳定性要求,经过理论估算和FLUENT软件仿真验证,仿真结果满足设计要求,对深入研究低速高稳定性小型水下航行器具有重要的参考价值。