控位滑行航行器的运动分析与弹道仿真

控位滑行航行器是一种结构简单、能源的利用率高,同时机动性也较好的新型水下航行器.为了解决控位滑行航行器的运动优化控制,针对控位滑行航行器的滑翔和近水面的控位运动稳定性问题,利用控位和滑翔运动特点,根据动量和动量矩定理建立了航行器空间运动数学模型,通过MATLAB/ Simulink软件模块建立了航行器空间六自由度运动仿真模型,并对滑翔和控位运动弹道进行了仿真,分析总结了航行器在不同运动模式和工况下的稳定性,并对不同参数条件下的航行器稳定性品质和衰减历程进行了对比.结果表明在给定的初始条件下控位滑行航行器是能按照预设轨迹航行,完成航行任务,满足设计要求的.     

水下滑翔机器人运动调节机构设计与运动性能分析

描述了水下滑翔机器人3个运动调节机构的设计，即浮力调节机构、俯仰调节机构和横滚调节机构，分析了运动调节机构与运动之间的关系．提出了采用CFX水动力计算软件分析水下滑翔机器人运动性能的方法．根据CFX计算结果，用最小二乘法参数辨识方法辨识出定常滑翔运动的水动力参数．简化了空间螺旋回转运动过程，通过CFX水动力计算方法进行回转特性分析，估算回转半径．     

水下滑翔机的运动模型建立及仿真

水下滑翔机的水下运动是六自由度多姿态运动,建立空问动力学数学模型是为计算机仿真时对系统进行比较准确的描述和运动状态进行研究.另外在详细分析水下滑翔机姿态调节系统中的滑动质量块移动及重浮力调节系统中压舱载荷变化并在滑翔机本身运动耦合的基础上,经过合理的简化建立了六自由度的空问运动数学模型.最后对水下滑翔机的垂直面运动进行了仿真分析,仿真结果准确地反映了水下滑翔机的运动规律和操纵特点.     

水下滑翔机总体设计与运动分析

水下滑翔机是一种浮力驱动的新型水下无人运载器,但是一直以来较低的巡航速度是制约其广泛应用的一个关键因素。为提高水下滑翔机的巡航速度,首先应通过对水下滑翔机的壳体和滑翔翼进行优化设计,并且从做功的角度规划出最佳滑翔路径,设计了一种新型的高速、高效水下滑翔机。最后,通过运动弹道的仿真分析,验证了水下滑翔机设计方法的有效性和总体性能的优越性。     

水下滑翔机器人载体外形设计与优化

借助流体动力计算软件CFX和Matlab,对水下滑翔机器人载体外形进行设计和优化．通过对4种载体方案的分析计算和运动仿真,最终得到了一种比较合理的外形方案．研究结果表明,采用CFX流体动力计算软件对于研究水下机器人载体的外形结构,尤其是在方案设计阶段在外形流体动力设计中具有重要的作用,可缩短研制周期、降低设计成本．     

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程．讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程．为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据．     

Terrain‐aided Navigation for an Underwater Glider

A terrain‐aided navigation method for an underwater glider is proposed that is suitable for use in ice‐covered regions or areas with heavy ship traffic where the glider may not be able to surface for GPS location updates. The algorithm is based on a jittered bootstrap algorithm, which is a type of particle filter that makes use of the vehicle's dead‐reckoned navigation solution, onboard altimeter, and a local digital elevation model (DEM). An evaluation is performed through postprocessing offline location estimates from field trials that took place in Holyrood Arm, Newfoundland, overlapping a previously collected DEM. During the postprocessing of these trials, the number of particles, jittering variance, and DEM grid cell size were varied, showing that convergence is maintained for 1,000 particles, a jittering variance of 15 , and a range of DEM grid cell sizes from the base size of 2 m up to 100 m. Using nominal values, the algorithm is shown to maintain bounded error location estimates with root‐mean‐square (RMS) errors of 33 and 50 m in two sets of trials. These errors are contrasted with dead‐reckoned errors of 900 m and 5.5 km in those same trials. Online open‐loop field trials were performed for which RMS errors of 76 and 32 m‐ were obtained during 2‐h‐long trials. The dead‐reckoned error for these same trials was 190 and 90 m, respectively. The online open‐loop trials validate the filter despite the large dead‐reckoned errors, single‐beam altitude measurements, and short test duration.     

基于GPRS的水下滑翔机器人监控系统设计

水下滑翔机器人具有续航能力强、作业时间长等特点，适合于大范围海洋环境监测应用，可用于构建近海海洋环境立体监测网络。利用近海较好的GPRS网络覆盖条件，设计了基于GPRS网络的近海水下滑翔机器人监控系统。该监控系统不仅实现了在现场监控中心对水下滑翔机器人的监控，还可以通过Internet网络对水下滑翔机器人进行远程监控。文章详细介绍了监控系统的总体架构、GPRS终端硬件设计和系统软件设计。     

能耗最优的水下滑翔机采样路径规划

研究了以能耗为优化准则的水下滑翔机海洋环境参数采样路径规划方法.首先,根据水下滑翔机的运动特点,建立了水下滑翔机采样作业过程的能耗模型;其次,基于能耗模型提出了一种能耗最小的滑翔运动参数优化方法,该方法避免了求解复杂的混合整数非线性规划问题;之后,在能耗最优的滑翔运动参数优化基础上,提出了一种基于两步链式Lin-Ker...     

基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制

混合驱动水下滑翔机（Hybrid-driven underwater gliders ,简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（Automomous Underwater Vehicles ,简称 AUVs）和水下滑翔机（Autonomous Underwater Gliders,简称 AUGs）于一体的新型水下机器人。由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单入单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。     

Modeling and Control of Hybrid-driven Gliding Motion for an Underwater Gliding Snake-like Robot

International Journal of Control, Automation and Systems - An underwater gliding snake-like robot (UGSR) combines the advantages of an underwater glider (UG) and an underwater snake-like robot...     

水下船体清刷机器人运动分析及仿真

本文分析了水下船体清刷机器人的运动,建立了机器人运动学方程,根据所设计的伺服控制系统对机器人系统进行了运动仿真.结果表明,所设计的机器人系统鲁棒性好,满足设计要求.     

深海AUV无动力下潜运动特性研究

为探究深海AUV无动力下潜过程中的运动特性,提高下潜运动预报精度,本文考虑海流和浮力变化影响,基于AUV空间运动方程,建立了其稳态无动力下潜运动的仿真方法.通过改变控制输入参数,揭示了AUV各状态量与净负浮力、重心位置、舵角及海洋环境之间的变化规律.结果表明:海流和浮力变化会使AUV的运动状态作出相应调整,以适应流动情况变化,但运动姿态始终是稳定的;无动力螺旋下潜可大大改善AUV在水平面内的漂移距离;相同环境干扰下,AUV下潜速度越快,耗时越短,其漂移距离越小.     

滑翔式水下航行器的运动建模与分析

滑翔式水下航行器是一种基于滑翔原理的无外挂推进系统、仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人。它在净浮力的作用下,利用水平翼在有攻角情况下产生的前进动力,在设定的深度范围内进行锯齿形前进。对滑翔式水下航行器进行运动机理分析,建立滑翔式水下航行器运动数学模型,并对滑翔式水下航行器定常运动状态下的运动参数与可控变量的关系进行仿真,利用MATLAB/SIMULINK建立滑翔式水下航行器模型对其运动进行仿真。     

Analysis and Verification of Repetitive Motion Planning and Feedback Control for Omnidirectional Mobile Manipulator Robotic Systems

Mobile manipulator robotic systems (MMRSs) composed of a manipulator and a mobile platform are investigated in this paper. In order for the mobile manipulator robotic system (MMRS) to return to its initial state when the manipulator’s end-effector is requested to execute cyclical tasks, a quadratic program (QP) based repetitive motion planning and feedback control (RMPFC) scheme is proposed and analyzed. Such an RMPFC scheme can not only mix motion planning and reactive control, but also consider the physical limits of the robotic system. Mathematically, the efficacy of the RMPFC scheme is verified via gradient dynamics analysis. To further demonstrate the effectiveness of the RMPFC scheme, a kinematically redundant MMRS composed of a three degrees-of-freedom (DOF) planar manipulator and an omnidirectional mobile platform is designed, modeled and analyzed. Then, repetitive motion planning and feedback control for the designed omnidirectional MMRS is studied. Besides, a numerical algorithm is developed and presented to solve the QP and resolve the redundancy of the robotic system. Moreover, computer simulations are comparatively performed on such an omnidirectional MMRS, and simulation results substantiate the effectiveness, accuracy and superiority of the proposed RMPFC scheme.     

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。     

全方位移动平台自适应滑模运动控制研究

针对大型设备承重的要求,以8×8全方位移动平台为研究对象,建立了平台的运动学模型和动力学模型,并针对平台轮子滑移和重心偏移等不确定和非线性因素,利用RecurDyn建立平台三维模型,利用Matlab/Simulink建立联合仿真模型;采用自适应滑模控制对平台进行轨迹跟踪控制,并与PD控制方法进行对比,仿真结果表明,自适应滑模控制方法有效的降低了输出抖振,减小了不确定和非线性因素对运动的影响,跟踪误差几乎为零,实现了精确轨迹跟踪控制.     

Modeling and Identification of an Open-frame Underwater Vehicle: The Yaw Motion Dynamics

A semi-autonomous unmanned underwater vehicle (UUV), named LAURS, is being developed at the Laboratory of Sensors and Actuators at the University of Sao Paulo. The vehicle has been designed to provide inspection and intervention capabilities in specific missions of deep water oil fields. In this work, a method of modeling and identification of yaw motion dynamic system model of an open-frame underwater vehicle is presented. Using an on-board low cost magnetic compass sensor the method is based on the utilization of an uncoupled 1-DOF (degree of freedom) dynamic system equation and the application of the integral method which is the classical least squares algorithm applied to the integral form of the dynamic system equations. Experimental trials with the actual vehicle have been performed in a test tank and diving pool. During these experiments, thrusters responsible for yaw motion are driven by sinusoidal voltage signal profiles. An assessment of the feasibility of the method reveals that estimated dynamic system models are more reliable when considering slow and small sinusoidal voltage signal profiles, i.e. with larger periods and with relatively small amplitude and offset.     

潜艇水下空间机动仿真与分析

目前,研究潜艇空间机动的运动特性、操纵控制方法和战术运用,已经成为提高潜艇的作战能力和生存能力急待解决的课题。该文介绍了潜艇平面运动操纵方程和空间运动仿真数学模型,并在此基础上编制仿真程序,对潜艇空间机动的三种操纵方式进行了分析比较;依据潜艇操纵性理论,通过对潜艇水下低速和高速空间机动仿真,对低速和高速时潜艇定常螺旋运动、定常潜浮运动进行了比较,并分析了航速对潜艇横倾的影响,得出了高速空间机动较低速空间机动的优缺点。     

水下机器人运动控制系统设计与分析

水下机器人要求体积小、运动稳定,其控制系统更是要求功耗低、性能可靠、操作简便.本文以STM32F407作为主控单元,搭建了水下机器人运动控制系统,并对整个系统进行了软件结构设计及数据采集流程设计,对推进器进行了数据测试,建立了ROV空间运动坐标系,得出了垂直面的运动方程并以此进行了纵倾角和深度值在阶跃响应下的仿真分析,进一步证实运动控制系统的稳定性及可靠性.