水下狭窄环境中ROV的自主返回控制

为满足缆控水下机器人（remotely operated vehicle,ROV）在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步法的自适应控制器。该控制器通过反馈线性化,将已知非线性参数转化成线性参数,不确定的非线性参数应用自适应控制律进行放宽。通过仿真对该控制器应用于ROV的可行性进行验证表明:基于反步自适应控制以及视线导引的算法,ROV在水下狭窄环境中路径跟踪效果良好,动力定位稳定,鲁棒性良好,能够很好地解决ROV模型的不确定性与非线性问题。该控制器为ROV在水下狭窄环境中的回收作业提供了很好的解决方案。     

作业型遥控水下运载器的多变量backstepping鲁棒控制

针对作业型遥控水下运载器（ROV）存在复杂外干扰、参数不确定性以及强非线性耦合的特性,提出了作业型ROV的多变量backstepping控制方法．使用Lyapunov稳定性分析方法,证明了当存在系统参数不确定性和未知常值外干扰的情况时,系统的局部渐近稳定性．以及跟踪误差的局部渐近收敛性．针对作业型ROV在动力定位时的特点,得到了系统动力定位时的四自由度简化模型．仿真结果表明,所提出的多变量backstepping鲁棒控制器具有比常规PID控制器更好的控制品质和鲁棒性能．     

遥控水下机器人模型辨识及预测控制算法研究

针对遥控水下机器人（remotely operated vehicle, ROV）因非对称结构布局、重心和浮心位置变化等因素造成的运动状态耦合和模型非线性问题,文章提出了一种考虑ROV典型非线性特性的在线模型辨识方法,研究并推导了基于所辨识模型的多维预测控制（model predictive control, MPC）算法及其基于算子分割二次规划的快速优化求解方法,搭建了包含ROV非线性数学模型、模型参数辨识算法模块和MPC算法模块的算法仿真系统。通过在辨识模型中分别考虑非线性特性和不考虑非线性特性,改变ROV数学仿真模型的ROV浮心位置参数,对比仿真验证了本文模型辨识算法的有效性和先进性;在上述辨识模型的基础上,对比仿真分析了4种情况下ROV的姿态控制效果,即MPC算法依托的辨识模型是否考虑ROV典型非线性特性,以及基于直接求解MPC算法和本文所提出的基于快速优化近似求解的MPC算法,验证了本文所提控制算法的有效性。     

基于超短基线的缆控水下机器人动力定位

动力定位 (DynamicPositioning(DP) )技术是水下机器人的关键技术之一。因此针对当前动力定位主要在缆控水下机器人 (ROV)中应用的情况 ,给出了ROV动力定位技术的实施方法。通过声学定位技术确定ROV的坐标 ,计算出与期望位姿的差 ,将其作为神经网络控制器的输入量来控制ROV ,从而进行动力定位。同时还重点研究了ROV动力定位中的主要研究内容即水声定位技术和定位控制技术的构建。     

动力定位船舶自适应滑模无源观测器设计

针对带有模型参数不确定性的动力定位船舶,提出一种动力定位船全速域自适应滑模无源观测器,解决了现有观测器只能应用于低速作业动力定位系统的问题.采用速度估计误差作为滑模面,设计切换自适应律估计模型不确定项上界,保证了观测器增益的有界性和系统鲁棒性.对速度估计回路的无源性进行了分析,并证明了观测器的稳定性.最后利用船舶动力定位系统半实物仿真平台,验证了算法的有效性.     

船舶动力定位系统研究与评估试验方法

本文探讨了船舶动力定位系统工作环节中的评估试验方法,首先,论述了船舶动力定位系统的构成及其工作基本原理,并描述了在多数应用场景下的船舶动力定位控制方法;其次,针对船舶动力定位系统的工作模式与基本功能,列出了该系统的多种模式及相应的基本功能;最后,通过上述研究提出了聚类分析法与船舶动力定位系统性能试验并进行了评估试验,旨在完善船舶动力定位系统评估的方法。     

磁头定位系统动态综合测试仪

介绍了温盘定位系统特性参数的新型在线综合测试仪采用磁盘机电系统动力参数在线识别理论与技术的研究成果，由多路程控超高速数据采集器、任意波形激励源、多制式寻道接口控制卡及个人计算机构成硬件系统，并采用参数测量方库、虚拟面板、高速图形环境等软件技术，实现了磁头定位系统近２０种多数和各种特征波形的在线测量。     

ROV模糊控制导航方法

本文提出一种水下ROV(Remotely Operated Vehicles)的模糊导航方法和基于该方 法的控制器结构．通常由于水下环境光照不足或是水质混浊，很难依赖摄像机准确地为ROV 导航，引导ROV到达预定目标，尤其是工作空间存在障碍物时，ROV很可能发生碰撞．文中提 出的模糊控制方法，将ROV在3D空间运动的状态、局部环境信息以及导航规划数据表示为多 重模糊条件，然后结合ROV的导航特点，建立了一个三级模糊控制器，该控制器使用同一种 控制模式完成ROV有障碍和无障碍的导航任务．仿真实验结果验证了所提出方法的有效性．     

频域和时域船舶动力定位参数辨识算法比较

针对频域方法和时域方法均被用于船舶动力定位系统建模,但未见特点和适用性对比研究的问题,以船舶动力定位系统参数辨识为对象,进行了频域法R-MISO (reverse multiple input-single output)和时域算法EKF (extended kalmanfilter)的算法实现难易程度、收敛速度、参数依赖性、抗噪能力和适应场合等的比较;基于MATLAB仿真结果显示RMISO算法辨识时间短,不需要设置初始值,适用于在线辨识,而EKF算法去噪能力比较强,需要数据量大,结果依赖初始值,适用于离线辨识,从而为实际船舶动力定位系统参数辨识提供一定的指导.     

带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒滑模容错控制

由于海洋工作环境具有复杂性和不可预测性,船舶动力定位系统的可靠性一直备受关注.针对带有推进器故障的船舶动力定位系统的鲁棒容错控制问题展开研究.首先,建立更一般且统一的推进器故障模型,该模型能全面描述推进器失效、卡死、中断3种故障情形;然后,设计一种不依赖故障检测模块(FDI)和故障信息上下界的自适应滑模控制器, 其中自适应机制用于在线估计故障信息和未知外部扰动的上界,基于李雅普诺夫稳定性理论和滑模控制理论,所设计的自适应滑模控制器能保证船舶动力定位系统在有推进器故障发生和海洋环境外部有界扰动存在情况下的所有信号一致有界;最后,在一艘过驱动船舶模型上进行仿真,其结果验证了所设计方法的有效性.     

基于PSO优化的船舶动力定位观测器

观测器设计是船舶动力系统至关重要的一个环节,而观测器的参数选取是否合适对动力定位系统的性能将产生很大的影响。建立了船舶非线性无源观测器,为了快速获得精确的观测器参数,提出利用粒子群算法对观测器参数进行寻优,寻优过程中利用观测器的估计偏差作为粒子群的适应度函数。文章最后对参数优化的观测器进行了仿真验证,仿真结果表明优化后的观测器具有较小的估计偏差且能改善动力定位系统的性能。     

基于虚幻引擎的ROV实时运动仿真

为了让岸上观察人员“身临其境”地了解ROV(Remote Operated Vehicle)的水下工作情况,结合ROV反馈的各种数据,开发一个三维虚拟平台,逼真地展现ROV的实时水下运动状态。以3DS Max、虚幻游戏引擎(Unreal Development Kit)和VS2010(Visual Studio 2010)为开发工具,利用UnrealScript编写TCP/IP代码读取机器人位姿、速度等级信息,进而驱动三维模型框架及舵机、螺旋桨的姿态变化,展现ROV此时此刻的水下状态。     

动力定位预测控制器船舶模型试验研究

使得船舶按照特定轨迹运动或者到达指定位置,并减少或者消除到达设定位置时的超调量是动力定位控制器研究中的关键问题。针对上述问题,运用预测控制的基本理论,结合自适应方法中的最小二乘辨识,设计了动力定位系统自校正预测控制策略。在MATLAB仿真中,该预测控制器有效解决了模型失配和系统超调的问题。为了进一步验证该预测控制器的实际控制效果,利用船舶模型对算法进行了动力定位定点模式下的水池模型物理试验。在直接使用仿真参数的情况下,船模试验的控制效果并不理想;参数修改后,动力定位效果有了极大改善。试验结果表明,在实际控制中,为保证控制效果,艏向角度的控制应占最高权重;不能忽视船舶运动时的耦合现象。     

基于超声波的模型船舶室内定位系统研究

针对模型船舶动力定位系统室内环境的全球定位系统信号受限问题,提出一种基于超声波的高精度室内定位解决方案.应用加权最小二乘法建立系统定位算法的数学模型,给出方程的求解过程.实验结果表明,该算法得出的船舶位置理论值与真实值较为吻合,能为模型船舶动力定位系统的应用与研究提供理论基础.     

动力定位船舶纵向运动的反步法控制器设计

本文研究了动力定位系统的控制策略,针对船舶动力定位系统模型的非线性特性,考虑到风浪流等外部环境扰动对船舶引起的恒值干扰及其不确定性,基于带有未知定常扰动的三自由度非线性船舶水面运动数学模型,应用自适应反步法设计船舶动力定位控制律,将Lyapunov函数选取和控制器设计相结合的回归设计方法,并在MATLAB软件环境下通过仿真研究验证模型和控制策略的有效性。在计算机仿真研究中,以26:1比例建造的2800mm×762mm×498mm船模为设计实例。     

基于多深度对抗网络的ROV水下目标检测

有缆水下机器人ROV是水下工程作业的重要工具，但由于不同水质特性及水中散射折射的影响，ROV水下图像普遍存在失真模糊、分辨率低等问题。为此构建深度分离可变形卷积代替原始卷积，采用高效表达稀疏性的特征提取结构实现对ROV水下目标的特征提取；再运用多深度机制的改进GAN网络生成器和类似马尔可夫架构的判别器建立数据集，增强水下图像；最后构建多项损失函数，提升网络的泛化性能并实现对ROV目标的快速检测。水下实验结果表明，该水下图像增强方法提高了ROV目标检测精度，符合预期要求。     

基于ZYNQ的POWERLINK双协议组网研究与实现

动力定位系统主要用来解决船舶深海动力定位问题,系统对网络实时性和安全性有着极高的要求。同时动力定位系统网络节点多且网络结构复杂,部分单元控制器和数据采集器往往需要收发两个网络的数据。在深入比较分析各种实时以太网的基础上,选择了具有实时性和安全性的工业以太网POWERLINK为研究对象,采用ZYNQ为硬件平台,提出了在ZYNQ上建立两个MicroBlaze软核分别运行两个独立POWERLINK协议的新方法。该方法能解决控制器双网络平台复用问题,同时还能实现POWERLINK主从站的任意组合,达到优化网络结构和降低成本的效果。最后组建了POWERLINK双协议网络并利用wireshark进行抓包测试,测得两组网络实际参数与设计参数相同且数据交互传输正确,实验结果证明了该方案的可靠性和正确性。     

铺管船动力定位系统设计浅析

铺管船在海洋油气开发过程中有着广泛的应用前景,随着铺管船技术的发展和功能的完善,对于铺管船动力定位系统的研究和应用也显得越来越重要。本文在动力定位系统功能的基础上,构建了整个系统的硬件框架和网络结构,并且介绍了串口信号的采集方法与解析协议,希望能为铺管船动力定位系统的设计提供一定参考。     

一种变电站二次防误系统的设计与研究

二次压板在变电站系统中作为继电保护及其安全自动装置，保证其正常运行对变电站及电网系统具有重要的价值。为了提高变电站二次防误系统工作中压板操作的正确性，结合目前变电站工作的实际情况，分析了智能变电站防误系统的现状和不足之处，并设计出一种新型的防误系统。设计的防误系统通过双备份实现了变电站二次防误系统的不间断运行。在防误计算时，通过BP神经网络模型寻求各种压板防误逻辑规则的最优解，提高了防误逻辑规则选择对象的精确性，突出了本技术方案设计的优点。本系统通过CAN总线通讯的方式实现了系统通讯的快速性和可靠性，解决了系统内通信通讯效率低，故障率高，可靠性低的问题。     

基于模糊PD-PI方法的ROV艏向控制系统设计

为提高ROV艏向控制过程的性能指标,提出一种艏向控制方法。建立ROV艏向控制系统,并推导出转艏运动的动力学模型;将整个艏向控制过程规划为稳态阶段和瞬态阶段,分别采用不完全微分PD控制和PI控制以满足不同阶段的工作需求,两种工作阶段采用模糊控制划分,按各自隶属程度将局部控制量合成为全局控制量,并根据劳斯判据说明控制系统的稳定性条件。在MATLAB中对艏向控制效果进行仿真验证,结果表明,该方法比常规PID控制具有更短的过渡时间及更强的抗干扰能力,是一种高效ROV艏向控制的方式。