考虑通信延迟的多自治水下航行器协同定位算法

自治水下航行器(AUV)协同定位中通信延迟具有常态性. 面对延迟到达的信息, 传统方法一般会有定位精 度或实时性的损失. 针对通信延迟的不利影响, 本文在建立水声探测和通信时延模型的基础上, 以扩展卡尔曼滤波 (EKF)为算法框架, 提出了信息顺序到达和信息出序到达2种协同定位算法, 并以建构面向信息出序情景的算法为 主要创新工作. 在信息顺序到达算法中, 将延迟信息进行序贯处理以减小定位误差. 在信息出序到达算法中, 以信 息出现一步滞后的延迟为背景, 使用出序信息直接对从AUV最新状态估计进行再更新, 信息无损地实时估计运动 状态. 计算机仿真实验结果表明, 本文算法相比于传统的航位推算、整周期滤波、量测丢弃等方法, 具有更高的估计 精度; 相比于数据缓存滤波、重新滤波等方法, 具有强实时性.     

基于有限时间系统同步的自治水下航行器回收控制

基于主-从系统状态同步的思想,提出了母艇在平面运动中回收自治水下航行器（Autonomous underwater vehicle,AUV）的一种控制方法. 在给出母艇和自治水下航行器的动力学模型基础上,建立了自治水下航行器（从系统）接收母艇（主系统）的状态信息并控制自身接近母艇的主从控制方案,使母艇自主回收水下航行器的问题转化为两者的运动状态同步问题. 利用有限时间稳定性理论,设计了一种在常值海流扰动影响下,自治水下航行器能够在有限时间内被母艇回收的滑模控制器,理论证明和仿真实例证实了该控制器的有效性.     

基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

研究了欠驱动自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV)的三维空间路径跟踪控制问题.针对基于虚拟向导建立的三维路径跟踪误差模型, 采用滤波反步法设计跟踪控制器,通过二阶滤波过程获得虚拟控制量的导数, 避免了直接对虚拟控制量解析求导的复杂过程, 同时滤除了高频测量噪声, 增加了系统对噪声的鲁棒性.通过设计滤波误差补偿回路, 保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项, 保证了闭环跟踪误差系统状态的渐近稳定.仿真结果表明了该控制器对噪声干扰具有一定的鲁棒性, 能够实现对三维路径的精确跟踪.     

基于改进分水岭算法的空域实时流量监测

为缓解空中交通拥挤和拥堵现状,提高空域资源利用效率和航空器运行效率,需对空域流量进行实时监测与告警,在已有研究基础上提出改进分水岭算法的空域流量监测模型。首先对分水岭算法中的距离操作算子进行改进,其次结合航路航线与尾流间隔要求进行约束条件构建;最后选取西南贵州地区某一空域进行算法仿真,并对改进前后的空域流量监测结果进行分析说明,实验结果表明：基于传统分水岭算法的空域流量监测准确率为93.5%,改进后的监测准确率为100%,证明改进分水岭算法在空域流量监测方面是合理高效的。     

基于两岸堤顶高程差的一岸漫顶后另一岸防洪能力变化研究

以某一东西流向两省界河为研究对象,利用Delft3D软件建立了平面二维水动力模型,分析了现状防洪能力,计算了不同洪潮遭遇重现期下两岸堤防高程差变化对防洪能力的影响。结果表明：同一洪潮遭遇重现期下,与研究河段现状水面线相比,上游水面线降低后防洪能力的提升幅度与两岸堤顶高程差呈正相关,下游降低的洪峰流量值与两岸堤顶高程差成正比。在同一堤顶高程差下,上游来流的洪峰流量越大,防洪能力的增幅和下游洪峰流量的降幅也相对越大。     

航行器具中的电力电子

当前,电力电子技术正在航行器具中迅速推广应用。继在火车(航陆)上成功应用后,全电系统船舶(航海)和全电系统飞机(航空)的研制开发已提到议事日程。本文点评一篇发表在《IEEE工业应用汇刊》2006年第1期上的综述论文——“电力电子和未来的航海电气系统”,并把它摘译于后,以此来说明电力电子发展的又一个新领域。本文指出航行器具采用以电力电子技术应用为突破口的全电系统的一系列好处、它所包含的内容,以及所点评文章的主要思路和作者简介。     

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.     

UUV海底定点停驻受力特性及稳定性分析

在简单介绍海底定点停驻UUV概念及工作过程的基础上,建立了其在海底时的稳定性分析模型,并推导出了航行器负浮力、主轴与两支撑点之间的半角θ、流体动力Fx、Fy之间的关系。为了研究航行器在海底时的流体动力特性,采用Ansys ICEM对其离海底不同距离及海底有不同倾角时的情况进行结构化的网格划分,并应用CFX软件对其在不同水流速度下的外围流场进行数值仿真,得到了其在海底时所受侧向力、升力随距海底的距离、海水流速及海底倾角的变化趋势。最后,对航行器在海底时的稳定性进行了分析并得到了一组能够保证航行器海底稳定的较好参数。     

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.     

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。