基于PC104与分布式CAN总线的远程AUV悬停系统

在传统AUV的设计的基础上,采用PC104硬件和分布式CAN总线通信技术,构造了一种开放的开发架构,可以根据实际需要融合大量传感器;软件设计基于VXWORKS实时操作系统,可方便扩展各种功能;AUV悬停控制系统采用变结构滑模控制算法,比传统的PID控制算法适应性更广;对远程AUV的工程设计有较好的参考价值。     

基于Biharmonic插值的海底地形可视化仿真

由于电子海图中只包含海洋环境的矢量数据,并未给出海底地形相关信息。本文利用IS08211类库,提取S-57电子海图原始文件的矢量水深数据,依据这一组水深数据进行Biharmonic曲面样条插值,计算出一组曲面上的网格点处的坐标数据,从而实现对该海区内海底地形的可视化仿真。同时利用插值后的坐标数据,进行等深线绘制仿真,将仿真结果与专业电子海图软件打开同一张海图进行对比以及误差分析,结果表明,使用捅值数据构建地形的正确性,规则分布的插值水深数据可用于自主式水下航行器（AUV）的自主路径规划。     

自治水下机器人避碰算法及其仿真研究

为了提高水下机器人(AUV)在复杂海洋环境下的自适应性,文章对传统的避碰方法进行了改进.对AUV的禁入区和潜在碰撞区进行了安全性分析.建立了前视声纳模型以及三维水下规划空间模型.提出了基于强化学习、BP神经网络及人工势场相结合的避碰算法.在AUV与环境的试错交互中,借助于来自成功和失败经验的奖励和惩罚值,不断改进水下机器人的自治能力.设计了AUV深度行为模糊协调器, 对潜深行为和距底高度行为进行协调融合.开发了AUV运动规划与仿真的半实物软件系统,仿真试验证明了算法的合理性与可行性.研究对于提高AUV的自主性和安全性具有重要的应用价值.     

Design and construction of a two-dimensional hydrodynamic tunnel to study the free motions of solids in a uniform flow

Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are increasingly important tools for marine applications. A reasonably reliable prediction of their six degrees of freedom (6DOF) motions is essential. The manoeuvrability of these unmanned submarines relies on the capability to predict the hydrodynamic forces on a freely moving submerged body. Numerical simulators integrating the full physics of the problem have been developed but their validation remains the key issue. Three-dimensional calculations still take too much computing power to complete the very large number of simulations which is required for a full validation procedure. Furthermore, a very large pool with expensive measuring devices is also necessary to obtain experimental results. It was therefore decided to construct a 2D hydrodynamic tunnel in which an object can move with three degrees of freedom solely subjected to gravity and hydrodynamic forces. In the present paper, we describe the experimental device ensuring a simple and rapid implementation of trials: a 2D channel with a constant uniform flow. A general validation is considered with an ellipse. The experimental trajectories are compared with the corresponding analytical results and discussed at the end of the paper.     

滑模模糊控制应用于自治水下机器人的实验研究

分析了自治水下机器人(AUV)的控制特点, 论述了滑模模糊控制(SMFC)的基本原理, 并在6 000 m自治水下机器人"CR-02"上进行了仿真和水池实验.结果表明,滑模模糊控制的性能明显优于PID控制,在强干扰时表现出良好的鲁棒性.     

基于能量约束的自主水下航行器任务规划算法

多水下自主航行器（AUV）任务规划是影响集群智能水平的关键技术。针对现有任务规划模型只考虑同构AUV集群和单潜次任务规划的问题,提出了适用于AUV异构集群的多潜次任务规划模型。首先,该模型考虑了AUV的能量约束、AUV多次往返母船充电的工程代价、异构集群个体间的效能差异、任务多样性等关键因素;然后,为提高问题模型的求解效率,提出了一种基于离散粒子群的优化算法,该算法引入用于描述粒子速度、位置的矩阵编码和用于评估粒子质量的任务损耗模型,改进粒子更新过程,实现了高效的目标寻优。仿真实验表明,该算法不仅解决了异构AUV集群的多潜次任务规划问题,而且与采用遗传算法的任务规划模型相比较,任务损耗降低了11%。     

仿鱼柔性长鳍波动运动分析与建模

研究了弓鳍目鱼“尼罗河魔鬼”的柔性波动长背鳍.针对波动长鳍大的柔性变形特征,提出了由N根刚性鳍条依靠柔性薄膜连接组成的柔性波动长鳍简化模型;在分析长背鳍运动和流固耦合的基础上,建立了柔性波动长鳍的运动学模型;进而,从弹性薄壳理论出发,考虑柔性长鳍结构的几何非线性,并引入无矩薄壳理论的假定,建立了柔性长鳍波动的平衡方程.依据所建立的运动学模型和柔性长鳍波动的平衡方程,可以进一步解析柔性长鳍波动运动的动力学性能.     

基于部分可观马氏决策的AUV全局路径规划

自治式水下机器人在复杂海洋环境航行时要求寻找一条从给定起始点到终止点的较优的运动路径,安全、无碰撞地绕过所有的障碍物.提出了一种基于部分可观察马尔可夫决策过程,并结合预测障碍物运动的全局路径规划新方法; 给出了部分可观马尔可夫决策的数学模型;建立了树状的分层部分可观马尔可夫决策模型,并在路径规划中应用;提出了短期预测和长期预测两种针对水下障碍物运动轨迹预测的方法;最后通过仿真实验对AUV的全局路径规划能力进行了仿真验证,为今后的实艇试验打下了很好的基础.