水下机器人S面控制器的免疫遗传算法优化

S面控制器是实践证明有效的水下机器人的运动控制器算法,但参数调整困难.如何针对特定载体选取最佳的控制器参数,是影响到控制效果的重要问题.为了减少参数手工调整所带来的误差和繁琐劳动,提出了水下机器人S面控制器的免疫遗传优化算法.利用免疫算法产生多样性抗体的能力,抗体浓度自我调节,抗原的免疫记忆功能实现了S面控制器参数优化计算的快速收敛,避免了局部峰值的徘徊.给出了S面控制器的推导过程,免疫遗传算法求解的一般过程.详细论述了S面控制器参数免疫遗传优化的具体实现.大量的仿真实验和湖中实验得到了确定性的结果.表明了此算法对于水下机器人运动非线性控制器的参数寻优能达到很好的效果.     

集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明：主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。     

无缆自治水下机器人运动控制技术研究

针对无缆自治水下机器人满足不同任务要求下的运动控制进行了研究。引入极大似然参数估计算法获取水下机器人水动力系数,并在此基础上搭建起6自由度运动仿真系统。通过改进传统水下机器人体系结构中的推力器布置方式、推力分配策略、运动控制方法和船位推算算法,使得无缆自治水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位功能的同时也能完成远距离高速航行等任务,从而解决了高速航行给无缆自治水下机器人带来的一系列问题。海上进行的速度控制、位置控制和长航程导航试验,验证了无缆自治水下机器人在所提出的运动控制系统控制下可以满足任务需求,具有一定的工程应用价值。     

基于声学图像处理的水下机器人局部路径规划

针对当前水下机器人多以前视声呐作为环境感知设备的特点,设计了一种基于声学图像处理的水下机器人局部路径规划算法.给出了基于声学图像处理的局部路径规划基本步骤.以前视图像声呐得到的声学图像为基础,进行环境分析.以串口接收声呐图像底层回波强度数据,利用迭代式阈值选择算法,进行图像分割.采用数学形态学方法去除噪声,膨化障碍物,建立环境数学模型.以距离值传递法搜索最佳路径.此算法以海上实验数据验证,得到了良好的规划结果.搜索到的路径距离短,搜索速度快,满足实验要求.实验表明,以前视声呐作为避碰传感器,进行局部路径规划是切实可行的.     

自治水下机器人的研发现状与展望

本文介绍了自治水下机器人的研究意义和分类定义.对水下机器人的研究现状和国内外有代表性的自治水下机器人型号进行了综述.讨论分析了水下机器人研究的的关键技术,包括智能水平,能源问题,导航系统,传感器系统,水下通讯技术和多水下机器人协作研究,并指出了水下机器人的未来发展方向.     

欠驱动无人艇直线航迹跟踪的反步自适应动态滑模控制

针对喷水推进型欠驱动无人艇的由艇艏摇非线性响应模型和舵机伺服系统组成的直线航迹控制系统,在考虑模型参数不确定性和外界干扰随机性特点的情况下,研究了一种反步自适应动态滑模控制方法.首先利用全局微分同胚坐标变换将原系统转化为具有下三角特征的非线性系统,然后基于反步设计法和动态滑模控制理论,设计了反步自适应动态滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器的作用下,直线航迹控制系统是全局渐近稳定的.仿真对比试验表明,该控制器对模型摄动和外界干扰不敏感,具有强鲁棒性和自适应性.     

智能水下机器人的模糊自调整控制方法

建立了水下机器人运动的模糊自调整控制器,并将其应用于水下机器人的运动控制中,仿真结果表明该控制器的控制效果令人满意。     

水下机器人自适应卡尔曼滤波技术研究

水下机器人的位置和速度传感器受环境影响较大,数据滤波问题是运动控制的核心问题之一.给出了离散型卡尔曼滤波的基本方程,描述了卡尔曼滤波所具有的两个计算回路:增益计算回路和滤波计算回路.建立了水下机器人状态方程和量测方程,并在此基础上采用了自适应卡尔曼滤波方法对水下机器人的传感器数据进行了滤波分析.引入了渐消记忆指数加权方法.对时变噪声统计中,强调了新近数据的作用.避免了系统误差和量测误差统计特性的不准确对系统滤波效果的影响.滤波效果分析表明此方法能达到很好的滤波效果.     

浮力驱动逃生舱上浮运动特性试验研究

为了研究浮力驱动逃生舱水下发射、水下上浮和出水运动特性，以及初始释放环境对运动规律的影响，本文开展了不同导向筒倾角、外部横流以及舱壁与导向筒内壁间的导向间隙影响下的逃生舱水下发射试验。研究表明：储备浮力充足的逃生舱能够克服因倾斜额外产生的筒壁间摩擦阻力顺利出筒，无需顶推装置助力；导向筒倾角是影响逃生舱水下发射及出水特性的主要因素，增大倾角会降低出筒速度，增大出筒难度；静水工况下逃生舱以一定倾斜角出筒后倾斜角逐渐减小，出水后的最大倾斜角与最大出水高度主要受出水时垂向速度影响，横流工况下上浮过程中逃生舱会产生周期性的摆动，出水后能够减小出水高度，减小垂向加速度；导向间隙主要影响逃生舱在导向筒中的倾斜角，对于出水安全性影响相对较小。