无人水下航行器推进器故障定位研究

无人水下航行器(UUV)在复杂多变的海洋环境中作业时,推进器的故障可阻挠使命的执行,严重时还可能造成UUV的丢失与损毁。为增强UUV的安全保障能力,针对UUV多台推进器的故障定位问题,采用基于几何相关性分析的方法,设计了UUV同一平面多推进器的故障定位算法,并提出了故障定位约束条件,通过仿真实验验证了所提算法的有效性。     

基于海洋能的无人水下航行器能源发电装置设计

针对无人水下航行器在水下长时连续工作对能源的需求,提出了一种由两级转换系统构成的海洋动能发电装置方案,该装置可直接将海洋动能传递给发电机,去掉了中间的能量传递环节,可有效减小结构体积、提高系统的转换效率.基于永磁发电机基本原理和刚体绕定轴转动定律,建立了飞轮动能与电机输出电压的关系模型,结合项目组研制的海洋动能发电装置...     

无人水下航行器发射鱼雷可行性仿真分析

为分析无人水下航行器在低速浅水情况下发射鱼雷的可行性,对鱼雷发射后的初始弹道进行建模仿真,通过和鱼雷试验数据进行比对,确定仿真方法正确可行.结合无人水下航行器的性能,分析鱼雷管制舵角和发射速度对初始弹道的影响,确定合理的发射参数.然后绘制鱼雷冲角、俯仰角和速度的变化曲线,分析鱼雷姿态,确保结论的正确性.仿真结果表明在合理设置发射参数的前提下,鱼雷航行姿态正常,鱼雷初始弹道能够满足发射要求,鱼雷从无人航行器发射是完全可行的.     

基于灰色预测的无人水下航行器目标跟踪

针对无人水下航行器目标跟踪控制问题,基于无人水下航行器传感器信息进行目标运动预测来实现跟踪控制。从目标预测理论出发,将灰色动态预测模型的建模原理引用到目标预测中,在对传感器进行数据滤波、小样本灰色建模与灰色动态预测的基础上,实现对目标运动的预测,文章详细阐述了基于灰色动态预测的传感器故障诊断的具体实现方法和步骤,对目标进行匀速运动、匀加速运动、变加速运动三种典型运动进行仿真研究,通过预测值与实际值之间的比较显示灰色预测方法能快速、准确的预测出目标的位置信息。     

基于RTX的水下航行器实时仿真研究

传统半实物实时仿真设计方法已无法满足不断发展的水下航行器仿真系统对实时性的要求;针对这一实际应用问题对基于RTX的水下航行器实时仿真的关键性问题进行了研究,并详细给出了仿真系统的设计方案和实现途径;实验结果表明,该实现方法使得系统实时性和可靠性都能满足设计指标,极大地提高了水下航行器仿真系统的实时性,在工程实际中具有研究和应用价值。     

基于MSP430的遥控无人水下航行器控制系统设计

针对某型遥控无人水下航行器,给出了总体结构和系统组成;在此基础上,基于MSP430微控制器,给出了某型低功耗的无人水下航行器控制系统的总体设计方案,采用H桥电路实现对航行器电机的控制,用nRF905单片无线收发器进行通信实现遥控控制,并进行了软件的详细设计与调试。水池试验结果表明,某型无人遥控水下航行器以约0.5m/s的速度前进时,运行情况良好,并基本实现了拐弯、下潜和上升等各预期功能,最后得出了该控制方案是可行的结论。     

水下航行器极区内航行控制关键技术

随着极区经济利益和战略意义日益凸显,水下航行器在极区作战使用的需求逐步清晰。基于极区特殊的气候条件和地理环境,指出了水下航行器在高纬度及跨极区航行时,需要重点考虑导航、控制、仿真试验等多个问题。仿真试验结果验证了基于格网导航算法的水下航行器跨极区控制和导航策略及仿真方法的可行性。     

自主水下航行器安全抛载系统设计

自主水下航行器(AUV)在海洋资源勘探与开发中发挥着重要作用,安全性作为其研究的重要内容与关键技术,关乎着水下任务能否顺利完成并安全返回;为进一步加强AUV在水下应对故障及危险的处理能力,依托实体AUV,设计一套安全抛载系统;该系统基于ARM Cortex—M4处理器,搭建抛载电路,使其不仅能够响应程序预先设定的抛载指令,还能根据一些突发或紧急情况,自动触发抛载动作,如:系统掉电、死机或漏水等;最后通过岸上模拟实验与真实水下实验,测得对10 kg抛载块进行抛载测试的准确执行率达100％,且抛载系统功耗为2.8 W;此外,对抛载系统进行了耐压测试,压力测量装置显示,在10 MPa压力范围内,该系统仍能正常可靠工作,其耐压性得到有效验证,符合总体设计要求.     

自主式水下航行器载荷分离运动仿真研究

自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统.从其功能仿真模型出发,研究了载荷和运载体的分离过程.通过分析分离过程中航行器受到的约束和流体动力的影响,利用多刚体动力学的方法理论,建立了在载荷和运载体存在约束情况下的航行器纵向运动方程,同时根据刚体运动的6自由度方程,给出了载荷与运载体分离后达到安全距离过程中的功能模型.基于上述模型进行了仿真,比较了不同速度和不同顶定分离角对载荷和运载体分离过程的影响.仿真和分析结果证明了模型的合理性和有效性,对实际工程应用具有一定的参考价值.     

下一代海洋机器人——写在人类创造下潜深度世界记录10912 米50 周年之际

人类探索、认识和利用海洋的活动历史很漫长,最近50 年,各种海洋机器人及相关装备的助推,使这种活动达到了前所未有的高峰阶段,未来社会进步的需求和科学技术发展的牵引将会使这种活动达到新的高度．本文简要回顾了世界和我国海洋机器人的发展历史,分析了各种类型海洋机器人的现状,并对其未来作了展望．     

小型自治水下机器人控制系统研究开发

开发了一种性价比高的CAN总线分布式自治水下机器人控制系统结构,并采用了独特的故障处理方法．根据弱耦合简化模型,详细设计了航行控制器,并对航行控制系统进行了仿真研究．仿真与试验结果表明: 控制系统性能可靠、传输率高,并具有很好的鲁棒性与稳定性,能够满足水下机器人工作环境复杂多变的要求．     

自主水下航行器的变质心跟踪控制

The trajectory-tracking control problem is investigated for an autonomous underwater vehicle (AUV) moving in the vertical plane using an internal point mass and a rear thruster as actuators. Combined with the dynamics of the point mass, the AUV is modeled as an underactuated system. A Lyapunov-based tracking controller is proposed by using backstepping approach to stabilize the error dynamics and force the position errors to a small neighborhood of the origin. Simulation results validate the proposed tracking approach.     

一种基于分布式信息融合技术的水下机器人智能感知系统方案

水下机器人的研究和使用对人类开发海洋资源具 有重大意义．随着海洋探测深度的增加，自治水下机器人（AUV）正成为新的研究热点．为 解决AUV深海域探测所面临的通讯速率低和实时性问题，本文提出了“基于分布式信息融合 技术的水下机器人智能感知系统”的实施方案，并以贝壳抓取过程为实例，解释系统解决实 际问题的过程．     

基于神经网络的自治水下机器人广义预测控制

针对自治式水下机器人高度非线性和时变性的特点,提出了一种基于神经网络的水下机器人广义预测控制策略．利用改进型Elman网络作为多步预测模型,在对网络学习算法进行改进的基础上,实现了Elman网络的在线学习,并提出了用于求解神经广义预测控制律的灵敏度公式．进行了具有神经网络在线学习功能和不具有在线学习功能的水下机器人的速度控制实验,并就预测控制效果进行了对比分析．实验结果表明,具有自适应学习功能的水下机器人速度控制法的精度要优于不具有在线学习功能的速度控制法,且当水下机器人动态特性发生变化时具有较强的自适应能力．     

AUV水下着陆策略研究

水下自航行器（AUV）的续航能力主要取决于其所携带能源总量．为了有效地减少能耗,提出了 一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV,它可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测．首先 介绍了该AUV 的总体结构,然后对AUV 的着陆策略进行了详细研究．在对三种着陆策略进行对比的基础上, 选择下潜航行到位控制注水着陆策略作为最佳的水下着陆方案．该策略能够使着陆时的冲击力保持在安全范 围内,并且着陆时间最短．最后对着陆轨迹进行规划．仿真和水域实验的结果都证明采用该着陆策略能够安 全、平稳地实现水下着陆．     

基于双目技术的无人机自主三维定位方法研究

无人机具有体积小、造价低、机动性强、隐蔽性好等优点,在军事侦查、地理勘测、目标跟踪等领域应用广泛。由于无法采用造价昂贵、体积庞大的精密惯导设备,当应用场景为弱或无GPS环境时,无人机的准确位置信息将难以获取,并且在实际飞行过程中还面临着GPS信号不稳或易遭欺骗等挑战。针对以上问题,提出了基于双目技术的无人机自主三维定位方法。介绍了双目立体视觉技术的光学物理原理,以及双目摄像头与目标的距离判别算法;设计了无人机通过双目技术进行三维定位的方法;详细说明了通过RSS定位方法计算出无人机的精确三维位置信息的运算步骤及矩阵计算式;通过MATLAB仿真实验检验了该基于双目技术的无人机自主三维定位方法的有效性和可实现性。结果表明,该无人机自主三维定位方法具有定位精度高、普适性强等特点。     

舰载无人机自主着舰回收制导与控制研究进展

舰载无人机正成为未来海战的重要组成部分,制导与控制是舰载无人机自主着舰/回收的关键技术.本文综述了舰载无人机自主着舰/回收制导与控制技术.概述了舰载无人机的发展历史,简单描述了舰载无人机跑道拦阻着舰、撞网回收、伞降回收、绳钩回收、天钩回收、过失速着舰、智能飞落着舰、风向筒回收、秋千式吊架回收等典型着舰回收方式.在深入分析无人机自主着舰/回收制导与控制关键问题的基础上,重点概述了无人机着舰/回收经典制导与现代制导技术,以及着舰/回收经典控制、现代控制、非线性与自适应控制、智能控制等飞行控制技术的研究现状.最后,对无人机自主着舰/回收制导与控制技术的发展状况进行总结,并对未来研究重点进行展望.