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.     

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。     

探测型自主水下航行器（AUV）

国际海底工程有限公司（ISE）向加拿大自然资源部交付了2台探测型自主水下航行器（AUV）。根据联合国公约海洋法（UNC—LOS）第76条的要求．这2台探测型自主水下航行器将于2010年配置在高纬度北极圈地区绘制海底地图．以支持加拿大的土地开垦。因此，     

水下自主航行器垂直面运动的预测控制

针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题,提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制.通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计,并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线线性化过程中,在仿真实验中对ROSO与全维状态观测器(FOSO)的状态估计结果进行对比,同时也对比了所提出的基于在线线性化的预测控制(PC-NMOL)与现有的非线性预测控制(NPC)的控制效果.仿真结果证明了所提出的方法可以得到精确的状态估计,且具有动态响应快,对外部扰动鲁棒性强的特点.     

某新型远程自主水下航行器建模研究

根据某新型远程自主水下航行器的组成和特点,通过对其进行动力学和运动学分析,基于经典的动量和动量矩定理,建立了该新型自主水下航行器的数学模型。该模型不仅可以用来模拟航行器的正常巡航状态,而且可以用来模拟航行器的悬停状态,可用于航行器的操纵性分析及控制系统的设计与仿真。     

欠驱动自主水下航行器轨迹跟踪控制

文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟踪的全局一致渐近跟踪控制器,并且针对参考航向角速度为非零常值的一类参考轨迹,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数及参考轨迹条件。仿真研究表明该轨迹跟踪控制器是有效的,控制品质良好。     

海洋勘测水下无人航行器的自主控制技术研究

针对水下无人航行器的海洋勘测任务,提出了一种基于多智能体(MAS)的自主控制技术.自主控制结构采用分布式的智能体结构,智能体之间通过通信和协作来共同完成复杂的整体操作.海洋勘测使命要求航行器在动态不确定的环境中,利用不同的勘测传感器进行多个局部区域的勘测.引入基于多属性路径点的使命描述方法,方便使命描述和控制.使命控制过程采用离散事件驱动的Petri网形式建模.针对事件管理过程中并发事件缺乏中央控制的问题,离散事件被赋予优先级以消除冲突.通过湖海试验验证了所提自主控制技术的可行性和有效性.     

水下自主航行器造价分配中的协调优化技术

阐述了工程软设计理论中的协调优化技术,分析了水下自主航行器的系统模型,最后将协调优化技术应用到水下自主航行器的造价分配问题中,得到了一个更为合理的分配方案。     

基于信息熵的水下航行器灰色评估方法研究

利用信息熵具有客观性、确定性的良好特性,应用灰色聚类评估方法,结合水下航行器系统的自身特点,提出了基于信息熵的水下航行器灰色评估方法,解决了水下航行器传统评估方法中主观因素的干扰问题,提高了评估方法的客观性和可信性,为水下航行器系统的效能评估研究提供了一种新方法。采用该方法对水下航行器3种型号实例系统进行了应用分析,结果表明,该方法正确、可行,解决了存在的问题。可用于水下航行器系统的发展论证及实际应用,为水下航行器系统的设计、研发和使用提供了科学的理论决策依据。     

航行体水下点火三维流场数值模拟

采用三维网格和VOF(Volume of Fluids)多相流模型,对非轴对称、X型舵的航行体水下点火这一非稳态过程进行了三维流场数值模拟,捕捉了燃气泡的形成、发展及断裂过程,得到了航行体水下点火初期的流场变化和阻力变化,并进行了相关因素探讨和结果对比分析。研究表明,燃气泡的发展变化过程对航行体流场和阻力产生影响。该研究可为航行体水下点火设计及试验提供参考。     

基于遗传算法的水下机器人模糊控制器优化设计

将遗传算法引入到水下机器人模糊控制优化问题中，用以自动寻优隶属函数参数和模糊控制规则，针对所采用的模糊控制器是连续型模糊控制器这一特点，对模糊规则和隶属函数采用了实数编码策略，并讨论了复制、交叉、变异等遗传操作在模糊控制器设计非线性寻优中的应用，最后针对水下机器人运动控制进行了计算机仿真，仿真结果表明，优化得到的模糊控制器与传统的模糊控制器相比具有响应快、超调小的特点。     

水下航行器导航与控制实时仿真系统

针对某远程自主水下航行器，设计并实现了该航行器的实时仿真系统，阐述了该系统的方案构思、硬件组成及工作原理，介绍了实时仿真软件，最后给出在该系统上的实验结果。结果表明，该系统，能为自动驾驶仪创造一个很好的仿真环境，通过它设计在实验室中就可以较全面地对导航与控制系统进行调试，极大地节约实验成本和调试时间。     

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。     

洋流干扰下的多自主水面无人船最优覆盖控制

针对洋流干扰下的多自主水面无人船(ASV)对有限海洋环境进行覆盖监控的最优化问题,提出一种基于环境信息密度的分布式控制方法。该控制方法是在考虑洋流因素的情况下,以二阶EulerLagrange模型为控制模型的最优覆盖策略。首先建立基于欠驱动系统的最优覆盖模型,提出时变洋流干扰下的多ASV最优区域分配算法。在此基础上,针对ASV的欠驱动特性,综合应用运动学控制方法与Backstepping技术设计基于二阶Euler-lagrange方程的最优覆盖控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性。最后对多ASV最优覆盖网络进行仿真验证实验,实验结果表明该控制方法能够使多ASV在洋流干扰下从区域Q的任意初始位置收敛到最优覆盖配置。     

一种新的AUV路径跟踪控制方法

研究了自主水下航行器(AUV)的路径跟踪问题,将跟踪控制问题分为导引和控制2部分.导引部分基于视线导引(Line of Sight)原理输出AUV的参考航向,针对AUV的参数不确定性及海流干扰等特点,航向控制器采用变结构控制律计算舵角控制输入,在此基础上,将航向控制器与路径跟踪控制器并行结合,构造了文中提出的混合型路径跟踪控制器.文章从理论上证明了控制律的稳定性,仿真结果表明,所设计的控制律可以保证AUV沿期望路径航行,路径跟踪误差快速收敛.     

面向对象方法在水下自航器仿真中的应用

利用ＯＭＴ方法（ＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ）建立水下自航器系统的对象模型、动态模型和功能模型，并以此为基础开发了一套具有面向对象风格的原型仿真软件。文中提供了模型的基本框架结构，描述了原型仿真软件的开发环境和主要开发工具，并给出了它的一组仿真曲线。     

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。