无人水下航行器滑模变结构控制研究进展

运动控制是无人水下航行器发展的关键技术之一。滑模控制作为1种重要的无人水下航行器控制策略受到国内外学者的广泛关注,取得了丰富的研究成果。本文简要介绍了无人水下航行器运动控制的特点和滑模控制的基本原理,并着重对无人水下航行器滑模控制以及滑模控制和自适应控制、模糊控制的结合进行了论述。     

水下无人航行器外挂吊舱水动力试验及操纵性分析

在循环水槽开展了某带吊舱水下无人航行器的水动力试验,绘制出了航行器阻力曲线,得到了与操纵性相关的主要水动力系数,在此基础上对水下无人航行器的运动稳定性进行了分析,并与不带吊舱情况下的水下无人航行器操纵性进行了比较。试验结果可为水下无人航行器推进系统设计及运动控制与仿真提供依据。     

水下航行体的改进S面运动控制器

为研究水下航行体的纵向速度对其余自由度运动所产生的影响及其自身所承受的静力学作用,在分析水下航行体运动模型的基础上,提出了一种改进S面运动控制器。该控制器不仅保留了常规S面控制器参数易于调整且结构简单的优点,同时还克服了常规S面控制器在水下航行体高速航行时运动控制效果差的缺点。引入李雅普诺夫函数对该控制器的稳定性进行分析,并将该控制器成功应用于水下航行体的运动控制。将改进S面运动控制器与常规S面控制器的试验结果进行对比,结果表明:改进S面运动控制器在水下航行体的运动控制方面具有可行性及有效性。     

基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真*

研究并建立高空滑翔水下航行器的虚拟现实的视景仿真系统,分析水下航行器全弹道控制并在视景仿真平台下实现水下航行器全弹道多状态攻击轨迹模型。高空滑翔水下航行器姿态变化快,背景参数复杂,视景仿真中会出现局部模型快速变化或者模型分离的难题。提出采用DOF和Switch节点相结合的方法,利用其Matlab Simulink仿真模型,计算高空滑翔水下航行器的六自由度数据,通过Matlab的“To Workspace”模块将六自由度数据输出并存档。在VC＋＋6．0环境下编写Vega应用程序,读取运动参数,应用LOD技术在不降低显示速度的同时提高仿真视觉效果。仿真实验和测试效果表明,系统实能实现水下航行器在空中滑翔、低空突防、滑翔翼脱离以及水下攻击等多状态的水下航行器运动弹道轨迹和视景仿真效果,以及运动控制参数的同步跟踪,不再会因局部模型快速变化和模型分离而失真。为分析空投滑翔水下航行器的运动轨迹提供了数据支撑和视景平台支持,对展开高空滑翔水下航行器的弹道控制研究和试验具有重要价值。     

仿胸鳍/尾鳍推进水下航行器方案设计与模型试验

针对小型水下航行器开展了系统方案设计,系统主要包括中央主体模块、胸鳍模块、尾部推进模块及控制模块。选用可编程序控制器(PLC)实施运动控制,完成了模型制作,编写了控制程序,并进行了初步的模型试验,探讨了仿生水下航行器运动的基本性能。     

世界各国竟相发展水下航行器

水下航行器就是指能够在水下航行的器具。潜艇就是一种大型的水下航行器。水下航行器的种类很多,大体上可分为两大类,即载人航行器和无人航行器。水下航行器从控制角度来说,又可分为遥控水下航行器和线控水下航行器,即可分为无缆水下航行器和有缆水下航行器。水下航行器的应用范     

无人水下航行器外热源热机用无气体产生燃料

无人水下航行器(UUV)在军事领域正得到愈发广泛的应用,动力装置是其技术难点之一。无人水下航行器采用外热源热机,在续航力和航速上,都优于其他类型动力装置,且使用无气体产生燃料,可从根本上解决水下气体排放问题,提高航行隐蔽性,具有良好的军事应用前景。本文根据无人水下航行器的使用条件和技术要求,对适用于无人水下航行器外热源热机的无气体产生燃料进行了广泛考察,给出了可用于无人水下航行器外热源热机的无气体产生燃料和氧化剂的组合。     

基于改进人工势场的避障路径规划策略研究

随着战争形势的无人化、多样化和跨域化发展,水下无人航行器作为各军事强国抢占水下作战域和海洋不对称作战优势的主要抓手,在未来战争中发挥着越来越重要的作用。由于海洋非结构化环境的复杂性,水下无人航行器在执行任务过程中,需能够在无人干预情况下进行系列操作和任务决策。本文针对水下无人航行器局部路径规划,提出基于速度矢量判断的改进人工势场法的避障航路规划策略,通过增加障碍物斥力场范围,强化目标点附近的引力场,优化障碍物斥力系数,并通过速度矢量判断旋转方向,使得水下无人航行器能够结合环境感知信息进行路径实时调整,最终能够达到安全快速避障。最后结合航行器流体动力与运动控制一体化仿真模型进行仿真分析,验证提出算法的有效性。     

自主式无人水下航行器航向自适应滑模控制

无人水下航行器是未来水下战场的重要武器装备,对其运动控制的研究得到广泛关注,其中航向控制的实现是研究的热点问题。对无人水下航行器六自由度动力学方程进行简化,得到横向运动动力学方程,并将偏航角作为控制对象,采用滑模控制的方法实现对航向角的跟踪控制,并引入自适应机制在线估计未知参数,减小参数不确定性对稳定性的影响。通过对控制算法的仿真,结果表明了控制器设计的正确性。     

高速无舵翼水下机器人运动控制研究

通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层,提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统,使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外,也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器,这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验,验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.     

水中航行器控制分配技术应用现状

过驱动系统现如今已经广泛的存在于各个科学应用领域,控制分配是处理冗余控制的一种常用方法;同时,控制分配也是过驱动航行器运动控制中的一项关键技术。本文主要介绍控制分配技术在水中航行器的应用情况。详细描述了应用到的控制分配方法原理,指出各种方法的优缺点,重点阐述了控制分配技术在水下机器人方面的应用情况。最后对控制分配相关存在的问题进行总结,并且讨论了控制分配技术的发展方向。     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

水下导航定位技术的探究

随着水下导航器技术的不断发展,导航系统成为水下航行器研究的主要技术核心,实现水下精确定位成为目前水下航行器定位导航系统研究的一个重要分支。本文对几种常用自主导航方式的优缺点进行了对比,提出采用组合导航方式可以提高导航的可靠性和准确度。     

大翼展混合驱动无人水下航行器水动力特性研究

为提高无人水下航行器的操纵性和运动控制算法的高效性,对航行器水的动力特性进行分析尤为重要。基于黏性流体理论,采用高效的计算域分区法提高航行器变攻角网格的生成效率,开展不同攻角和航速下的航行器水动力数值预报与分析,定量给出航行器的升阻力、升阻比和俯仰力矩系数随攻角的变化规律,得到航行器上浮和下潜时对应的最优攻角和动压力中心点偏移量,为航行器的运动的姿态控制提供设计和指导依据。分析攻角对航行器压力场、速度场和涡量场的影响规律,为后续优化航行器构型、提高航行器的水动力性能奠定基础。     

美国海军无人航行器装备技术及应用研究

美国海上战略的演变不断推动着水下无人系统装备及技术的发展,水下无人航行器成为其水下战装备发展中心。但由于水下作战空间受制于水介质特性,战场环境难以透明化、作战对象难以清晰判断、通信难以实时高速,为水下航行器技术发展及应用带来困难。本文通过对美海军无人航行器装备及技术发展现状、应用模式与作战影响及未来发展进行研究,为国内相关装备技术发展提供参考。     

低速水下航行器惯性调节系统的建模仿真

水下航行器低速运动时舵效低,主要通过注、排水来改变质量等惯性参数实现一定范围内的运动姿态调节。为了分析低速水下航行器运动姿态惯性调节策略的可行性,模拟水下低速航行器与其惯性调节系统的耦合动力学特性,本文基于AMESim和Simulink建立了水下航行器的联合仿真模型,实现了水下航行器惯性调节系统的参数化快速建模和工况仿真。以某小型水下航行器为例,通过双环PID控制惯性调节系统,改变航行器的运动姿态,使其在受到海浪等干扰后快速恢复到初始深度,验证了系统的有效性。     

基于MOOS-IvP的自主式水下航行器的机载软件系统容错设计

为提高自主水下航行器的可靠性,构建基于MOOS-IvP的自主水下航行器机载软件系统容错管理模块.该模块包括客户端状态监控和容错处理.在容错处理中,提出一种时间冗余和双进程冗余相结合的容错处理技术.通过在水池和海洋中对自主水下航行器改进后的软件系统进行测试,并用经典的软件可靠性增长模型定量对比分析了自主水下航行器改进前后软件系统平均无故障运行时间.试验结果表明,增加容错管理模块后的软件系统的可靠性明显提高.     

无人水下航行器在海军网络中心战中的应用

无人水下航行器（UUV）是当前海军装备发展的热点。介绍了网络中心战的优势，从无人水下航行器的特点出发，分析了无人水下航行器在海军网络中心战中的作用。     

主动自导水下航行器的高分辨宽带信号检测技术

为了提高主动自导水下航行器对目标的识别能力,提出一种基于自小波变换的主动自导水下航行器的高分辨宽带信号检测技术,构建主动自导水下航行器的回波信号模型,在海水混响干扰下采用自相关匹配滤波器进行信号滤波处理,对滤波输出的宽带信号采用自小波变换进行时频分解,对水下航行器的回波探测信号作WVD-Hough变换,采用二维谱峰搜索方法实现高分辨的目标信号检测。仿真结果表明,采用该方法进行主动自导水下航行器的宽带信号检测的准确检测概率较高,抗旁瓣干扰能力较强,对打击目标的具有高分辨识别能力。     

远距操作水下航行器的稳定性和操纵性预报

水下航行器的控制是一个复杂的工作领域，对现代航行器性能的要求对应用型控制工程师有很大压力。模拟与水下试验的结合可以产生很有效的设计环境，本文描述了低成本远距操作水下航行器（ＲＯＶ）的设计。该航行器将作为研究水下航行器控制策略的测试台，将自主式水下航行器的一种易于理解的模拟用于ＲＯＶ的模型，并提供了程序包对性能行为的预报图示结果。