鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

水下航行器低速无刷直流电机调速控制

以提升水下航行器低速无刷直流电机调速控制技术水平为目的,提出水下航行器低速无刷直流电机调速控制方法。通过水下航行器低速无刷直流电机数学模型,利用该数学模型输出低速无刷直流电机数学模型调速控制参数,然后设计模糊PID控制参数,利用麻雀搜索算法整定该模糊PID控制参数,通过调节输入值和实际反馈值的偏差,实现水下航行器低速无刷直流电机调速控制。实验结果表明,该方法计算水下航行器低速无刷直流电机电磁功率数值与实际值差值较小,对模糊PID控制参数整定能力较强,并可有效控制水下航行器低速无刷直流电机调速,且响应迅速超调量小,应用效果较佳。     

海洋探测型AUV壳体设计与强度校核

近年来,由于海洋环境探测的需要,探测型自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)技术发展迅速。耐压壳体结构设计是自主水下航行器设计的重要组成部分。以《潜器系统与潜水器入级与建造规范》和《潜艇结构设计计算方法》为原则,对某海洋探测型AUV的耐压壳体结构进行设计,然后采用有限元仿真的方法对其强度和稳定性进行校核,最终得到满足设计要求的耐压壳体结构。     

基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制

基于LQG/LTR方法对水下航行器进行多变量鲁棒控制设计,解决在模型不确定及受到随机干扰情况下水下航行器的控制设计问题,使得水下航行器控制系统具有良好的鲁棒性和动态品质.对水下航行器非线性动力学模型进行仿真实验,仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法

针对多自主式水下航行器轨迹跟踪控制中的不确定性问题,研究多自主式水下航行器轨迹精准跟踪控制方法。构建基于灰色预测的轨迹精准跟踪控制模型,利用灰色预测模型预测航行器航向角,构建一元多项式回归模型,拟合航行器初始航向角同预测航向角间的残差,优化灰色预测模型,提升航行器航向角预测精度。将航向角预测结果代入PID控制器内,通过计算航向角控制率确定位置误差、速度误差与加速度误差,通过控制上述误差实现航行器轨迹准确跟踪控制。实验结果显示该方法可在航行器不同运动特性下准确跟踪轨迹,并具有较好的控制效果。     

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。     

一种新型正浮力自主航行器设计与实现

介绍一种新型正浮力自主航行器的设计与实现。文中描述了正浮力自主航行器的工作模式、工作原理、外形设计、主要部件和控制系统等。该正浮力自主航行器通过其机翼产生负升力来克服自身正浮力,并结合其动力学控制面实现在水下运动。通过进行水池试验对正浮力自主航行器原理样机水面和水下运动的性能、控制响应等进行了研究。水池试验的结果验证和说明了新型正浮力自主航行器的环境适应能力强、安全性较高,并且其性能优异,具有良好的应用前景。     

无人水下航行器的智能航行控制

水下无人航行器是探索未知水域的重要设备,但是传统水下无人航行器的智能航行控制系统,受到水域信号传播限制,造成智能控制范围较小,为此设计无人水下航行器的智能航行控制系统。使用水域深度变换器对智能控制器进行重新设计,根据水域深度变化进行不同方式的控制切换,优化PID控制器,改变水域信号传输方式,根据需求进行多传输方式的切换;使用粒子群算法对智能控制方式进行规划,对不同水域控制方式进行最优选择,实现航行智能控制系统设计。试验结果表明,设计的控制系统能在水下2 000 m内进行有效控制,比传统控制系统多出800 m的有效范围,因此本文设计系统具备极高的有效性。     

一种AUV载荷分离过程实验研究与分析

自主式水下航行器(AUV)越来越广泛应用于携带、布放载荷。介绍一种AUV两侧对称携带载荷的布置方法,对AUV与载荷分离过程做简单说明。通过对AUV携带2种不同重量的载荷海上航行实验数据分析,验证了采用该布置方案,载荷分离可靠,且对AUV水中航行姿态影响不大;同时,携带载荷水中重量越大,载荷分离对AUV水中航行时的横滚角影响越大。     

新型自主水下航行器的运动控制研究与应用

针对与上海交通大学共同研制的ZY-1型自主水下航行器,本实验室承担了其动力推进装置设计与优化任务。本文首先综合水动力特性和新型后置推进器的设计,分析此新型AUV后置X型推进器的推力模型,对AUV在水平面与垂直面的运动方式和相应的控制算法进行阐述,并设计了PID控制器。接下来在搭建的实验平台上对PID控制参数进行整定。最终在拖曳水池试验中验证了所述方法的合理性,并且在后期的湖试中得到了满意的试航结果。     

水下航行器的电力推进变频器二次调频自适应PID控制

为解决传统水下航行器电力推进变频器二次调频控制方法,存在电力推进变频器输出效率较低的不足,提出了水下航行器的电力推进变频器二次调频自适应PID控制,基于电力推进变频器二次调频参数阈值的确定;依托PID控制参数的计算,以及PID控制程序的执行,实现了水下航行器的电力推进变频器二次调频自适应PID控制,试验数据表明,提出的二次调频自适应PID控制方法较传统控制方法,输出效率提高47.41%,适合水下航行器电力推进变频器的二次调频控制。     

基于DSP和CPLD的无刷直流电机控制系统设计电气与自动化电气与自动化

无刷直流电机具有非线性、多变量、强耦合等特点,采用传统控制系统的控制算法有局限性,往往达不到预期的控制效果。根据特种水下航行器的使用要求,设计了一种无刷直流电机的控制系统方案,基于数字信号处理器（DSP）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和智能功率模块（IPM）,采用提前换向控制算法,满足了电机控制系统不断增加计算速度和逻辑处理实时性的要求,简化了逻辑处理流程,实现了无刷直流电机的高效运行。经实验验证,电机系统效率高达92%,稳定性好、控制灵活,该系统可用作特种水下航行器的无刷直流电机控制装置。     

基于DSP和CPLD的无刷直流电机控制系统设计

无刷直流电机具有非线性、多变量、强耦合等特点,采用传统控制系统的控制算法有局限性,往往达不到预期的控制效果。根据特种水下航行器的使用要求,设计了一种无刷直流电机的控制系统方案,基于数字信号处理器(DSP)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和智能功率模块(IPM),采用提前换向控制算法,满足了电机控制系统不断增加计算速度和逻辑处理实时性的要求,简化了逻辑处理流程,实现了无刷直流电机的高效运行。经实验验证,电机系统效率高达92%,稳定性好、控制灵活,该系统可用作特种水下航行器的无刷直流电机控制装置。     

自主式水下航行器——Hugin 3000 AUV

Hugin 3000是一个承载高分辨率传感器的自主式水下航行器。该自主式水下航行器采用人工监控或自主运行模式进行深度3000m的水下作业。高速和长续航力的性能已获得验证并且突破性技术的效率极高。     

应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统

考虑到船舶在海上航行的环境因素会导致横摇姿态不稳定,为了确保船舶的稳定航行,提高横摇姿态稳定性控制精度,提出了应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统。在硬件设计部分,基于船舶横摇姿态稳定性动态控制系统的硬件架构,对设计单片机主控芯片、姿态控制传感器和遥控器接收机进行了设计,在软件设计部分,通过提取平衡差量参数,对差量平衡算法进行了设计,完成系统硬件与软件之间的对接,实现船舶横摇姿态稳定性动态控制系统的设计。实验结果表明,应用单片机的船舶横摇姿态稳定性动态控制系统可以通过减小航向角控制误差和横滚角控制误差,提高横摇姿态稳定性控制精度。     

多自主水下航行器区域搜索与协同围捕方法研究

针对多个自主水下航行器(AUVs)执行区域搜索和协同围捕入侵对象的任务案例,设计了多航行器混合分层式体系结构,提出了分区域随机搜索策略和基于势点的优化围捕策略。将蚁群算法和人工势场法相结合,实现了AUVs路径规划与避碰。基于AUV六自由度运动模型和PID控制器,通过仿真实验验证了算法的有效性。仿真结果表明,AUVs具有在障碍环境中执行区域搜索和对入侵对象协同围捕的作业能力,设计的方法可应用于自主水下航行器的围捕任务。     

无人水下航行器分布式运动控制系统设计与仿真验证

针对传统采用RS422通信的集中式管理中心任务过重、可靠性差、抗干扰能力差等缺点,设计开发一种基于CAN总线的无人水下航行器分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,该控制系统可以更容易地接入功能模块且无须对现有硬件进行重新设计,具有很好的可扩展性,并充分考虑了该航行器的安全性及可靠性问题。首先,给出分布式控制系统的构建方案,再针对核心PC104控制管理中心给出主要控制模型方法,随后通过建立空间运动方程,完成对控制系统的模型建设和控制器软硬件设计工作,并通过实验室数字仿真和半实物仿真进行验证。结果表明,该控制系统具有性能稳定、传输效率高等特点,能够满足无人水下航行器的使用要求。     

AUV水下对接装置的实现及试验

为实现自主式水下机器人(AUV)在水下进行能源补充,设计一种针对重型AUV的水下对接装置,采用直接接触充电方式,通过液压系统驱动首部推行机构、限位夹紧机构和水下插拔机构完成对接动作,模块程度高、充电效率高、数据传输能力强。其中AUV自身携带三角槽,通过定位销对三角槽的切向力以及轴向限位实现AUV六自由度姿态的校正,简单有效,而且降低了AUV入坞时的姿态要求。水池试验结果表明,该对接装置可稳定有效地调整AUV姿态,实现水下有线大功率充电,对接成功率高,工程应用价值高。     

基于收缩理论的水下无人航行器轨迹跟踪控制

考虑水下无人航行器的轨迹跟踪控制,在水动力系数已知的条件下,基于收缩理论设计了全局指数收敛的理想控制器.首先,对收缩理论进行简要的介绍.与常用的李雅普诺夫方法不同,收缩理论在进行控制系统的设计和稳定性分析时,采用虚位移验证系统的稳定性,避免因无明确平衡点信息而带来的阻碍,从而更容易证明控制系统的稳定性.接着,介绍了水下...