基于C#的AUV控制软件的设计与实现

介绍了用于水下自主机器人(AUV)航行的控制软件的设计与实现.该软件是基于C#在Visual Studi0 2005.NET环境下,运行于Windows操作系统下的程序,使用Serial Port类实现串口通信功能,可以有效控制AUV的前进、后退、左转、右转、自主航行、预编程模式航行等,并在数据处理后将AUV状态及航行轨迹显示到界面上.试验表明,该控制软件达到了预期效果.     

自主水下航行器数据传输方法研究

根据自主水下航行器（AUV）中控制系统局域网络（CAN）实际数据传输的特点,将实时周期数据安排在一系列时间片上进行传输,采用遗传算法对数据传输进行优化调度,实现了总线传输负荷均衡,避免了数据传输的冲突和竞争。相关的时序分析和仿真结果验证了该方法在AUV数据传输中的有效性。     

AUV轻外壳形体选型研究

轻外壳形体研究是水下自治式航行器(AUV)结构设计的一个主要方面,出于各自的原因如功能需要、容纳空间等,轻外壳形体结构形式多种多样。介绍了AUV轻外壳形体选型研究现状及考虑的主要因素,通过对Odyssey系列产品的分析,提出了一种能悬停的小型珊瑚鱼型水下自治式航行器(AUV)。     

基于模块化AUV的控制系统研究

采用模块化的设计理念,介绍一种基于模块化AUV(自主水下航行器)平台的控制系统。该平台系统可搭载功能模块,使其具备相应工作能力,有很强的扩展性。控制系统以以太网总线为基础,将控制系统分解为水平与垂直两个方向,并设计对应控制器进行控制,实现高精度的自动控制。经过湖上测试,这种方法提高系统可靠性和稳定性,且具有良好的深度、航向控制功能。     

基于自适应反演滑模控制的AUV水平面动力定位方法

自主水下航行器(AUV)是一种高度耦合的强非线性系统,传统的定位方法采用解耦线性化模型,很难保证控制品质。本文针对未知海流作用下AUV的非线性水平面运动模型,充分利用其运动学和动力学模型的特性,提出了基于自适应反演设计方法的AUV水平面动力定位算法,在线估计海流速度。仿真结果验证了跟踪控制系统的全局渐进稳定性,及对有界外部扰动的鲁棒性。     

水下航行器控制系统数据采集器

本文介绍了一种用于水下航行器控制系统分析研究的数据采集器的硬件和软件。通过半实物仿真试验和实航试验,表明该数据采集器性能良好,满足控制系统分析研究的需要     

AUV模块化建模的一种方法

针对AUV(自主式水下航行器)的建模提出了一种新的方法.该方法对组成AUV的各个部分进行的模块化建模,当AUV在改变或更换一些部件配置以满足不同的任务需求时,只需对更改模块进行必要的计算,其他未变动的模块数据可以重复使用,从而快速方便的得到新模型.该方法的准确性通过仿真结果与其他已知模型进行比较验证.     

测量型深水AUV垂直面运动稳定性设计

测量型自主水下航行器(AUV)垂直面运动稳定性对于其顺利完成长时间深海作业、保证航行效率和安全性至关重要。以天津大学研制的用于海底地形地貌测量的深水AUV为应用对象,根据古尔维茨判别法推导了其垂直面运动稳定性衡准表达式,通过数值模拟水池试验获得了稳定性衡准判别式所需的水动力导数,分析了不同水动力外形因素(主体外形和尾翼布局形式)对其运动稳定性的影响。结果表明,具有较大纵中剖面投影面积的水动力外形的AUV,以及拥有X尾翼布局的AUV具有更好的垂直面运动稳定性。     

高机动自主水下航行器的仿生设计研究

基于黄鳍金枪鱼的生理结构特征,以及鱼类的体干尾鳍推进模式（BCF）和中鳍对鳍推进模式（MPF）,运用仿生工程学原理,开发出高机动自主水下航行器。通过柔性鱼体机构、推进器、沉浮水舱、控制系统和航行稳定性的仿生设计,航行器在水下实验中可自主完成高速巡航和多种机动方式水下作业。建立的水下试验平台可有效应用于仿生推进模式特征参数和推进性能内在关系的研究同时为改善自主水下航行器的机动性能提供了新的设计思路。     

水下航地器控制系统数据采集器

本文介绍了一种用于水下航行器控制系统分析研究的数据采集器的硬件和软件。通过半实物仿真试验和实航试验,表明该数据采集器性能良好,满足控制系统分析研究的需要。     

嵌入式ARM在基于以太网的AUV控制系统中的应用

提出了一种基于星型以太网拓扑的水下自主航行器（AUV）分布式控制系统体系结构,并开发了以嵌入式ARM处理器为核心的运动控制单元。首先介绍了系统总体结构及各节点单元的功能,然后介绍了以ARM7处理器LPC2292为核心的运动控制单元硬件设计。选用以太网控制器CS8900A作为该单元网络通讯硬件,设计了其与ARM的接口电路。编写了硬件驱动以及网络通讯相关软件。实验证明在该处理器平台上成功实现了网络通讯及嵌入式WEB服务器的构建,因其良好的交互性,方便了前期的调试和日后的维护。     

深水自主水下航行器附体安装结构参数优化及涡流噪声分析

深水自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)是主要依靠声学设备实现导航、定位以及任务操作的机电装备。声通信调制解调器是保证深水AUV正常水下作业的唯一数据通路,其周围的涡流噪声对其信号精度有着不容忽视的影响。以降低涡流噪声对声通信传感器信号干扰为目的,研究声通信传感器的安装结构设计。依据AUV上声通信传感器的安装结构抽象出几何模型,即圆柱凸体–孔腔组合结构,采用LES-Lighthill等效声源混合法对该结构的流场、声场进行模拟仿真,探讨组合结构涡流流动机制及辐射噪声特征。分析影响组合结构涡流噪声的因素,以降低涡流噪声为目的,利用正交试验的方法优化圆柱凸体–孔腔组合结构参数。结果表明,在较低速度范围内,水下航行器速度对组合结构水动噪声的影响不如组合结构参数对水动噪声的作用显著,安装结构参数对涡流噪声的影响顺序为高深比直径比深径比。研究成果为水下航行器声学传感器的合理安装及提高信号精度提供了理论指导。     

基于CAD的自主式水下航行器几何模型参数化建模

为满足自主式水下航行器(AUV)多学科设计优化对几何模型创建过程自动化的要求,研究了基于CAD技术的AUV几何模型的参数化建模方法。首先对AUV几何模型特征进行具体分析,建立了AUV参数化的几何模型;然后在此基础上,以UG NX7.0软件作为开发平台,结合VC++工程应用,采用内部开发模式,驱动UG/Open API库函数,创建了AUV几何模型参数化建模的应用程序,并最终通过具体实例验证了该方法的可行性。     

一种具备数据驱动能力的自主水下航行器控制系统设计

针对目前大部分自主水下航行器（AUV）采用预编程的工作模式不适用于动态海洋环境观测的问题，开展了基于数据驱动的控制系统研究。为了实现对动态海洋环境的自适应观测，提出了一种具备数据驱动能力的AUV控制系统设计。该控制系统在总体设计上采用双控制板的分布式架构并使用星形网络拓补结构方便内部通信以及后续设备拓展；硬件设计上使用模块化思想管理传感器并使用多种通信设备的融合工作保证通信的快速性与稳定性；软件上使用多线程并行设计并在上位机添加手柄遥控功能；最后通过仿真实验验证控制系统性能。实验结果表明该系统控制超调量为3%；滞后时间为2 s，满足海洋现象观测需要。该控制系统具备搭载数据驱动算法的能力，为基于数据驱动的动态海洋观测模式提供了硬件平台。     

基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析

由于所携带能源总量的限制,目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求.为了有效地减少能耗,解决AUV工作时间短的问题,提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV.该AUV通过着陆坐底实现定点测量,可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测.基于此,对AUV的着陆策略进行研究.在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上,分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系.最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案,并基于模糊控制设计着陆控制器.该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量,可以使AUV以较短的时间着陆于海底,同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内,满足了AUV安全着陆的要求.仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性.     

GPS在水下航行器导航定位系统中的应用

将GPS和电子罗盘进行组合，用于大航程小型自主水下航行器的航向控制系统，介绍了系统的硬件组成、路径规划和导航算法。     

自治水下机器人技术综述

自主水下机器人(AUV)的应用越来越广泛,并在民用和军事上都有极大的潜在价值,简要介绍了国内外主流AUV的发展现状,详细研究了当前AUV的关键技术组成,并对AUV的技术特点进行了总结,最后探讨了AUV的应用和发展趋势。     

无人自治水下航行器外形及推进系统优化设计

无人自治水下航行器(AUV)的航程直接影响了其执行水下调查任务的能力,提高航程的关键在于减小其外形阻力及提高推进系统效率。根据航行器Myring外形的曲线方程及阻力求解公式,通过程序编写对不同外形参数下AUV的阻力进行迭代求解,获得了优化的低阻力外形;并根据AUV周围的流场结构,利用升力线理论设计了适用于无人自治水下航行器的高效率螺旋桨叶型。最后提出与螺旋桨相匹配电机的选择方案,以保证整个推进系统的效率最优。通过理论分析计算与工程实践相结合的方式,为中、小型大航程Myring外形AUV的阻力预报、艇型及推进系统设计提供了参考。     

基于形变卷积和深层聚合网络的水下文物检测

搭载有视觉检测系统的自主水下航行器(AUV)具有水下文物探测功能,对深海考古有着重要意义。 水下文物所处环境复 杂多变,目标存在破损、堆叠和泥沙掩埋等情况,导致判别特征提取困难,使得 AUV 视觉检测系统无法可靠、准确地实现水下文物 的检测。 针对上述问题,提出一种基于可形变深层聚合网络模型的水下文物检测算法。 为了充分提取复杂环境下水下文物目标 特征信息,设计了具有可形变卷积层的多尺度深层聚合网络。 在此基础上,引入 SimAM 注意力模型进行特征优化,来增强文物目 标潜在特征信息并削弱背景干扰。 最后,通过不同尺度的特征融合实现水下文物检测。 在采集的水下文物数据集上进行大量验 证和分析,算法的精确率、召回率和平均精度均值(mAP)分别达到了 92. 7% 、90. 5% 和 92. 2% 。 此外,算法已部署到 AUV 系统中。 在实际深海测试场景中,视觉检测系统的文物检测帧率达到 19 fps,可满足实时检测的任务需求。     

5自由度自主式水下机械手的研制

自主作业水下机械手是水下无人无缆自主式潜水器（AUV）研究的重要内容之一,详细介绍了研制的5自由度自主作业水下机械手的结构设计特点和主要性能技术指标,论述了机械手的控制和计算机仿真及调试试验情况。