深水水下作业工具简易运输装置研究

为深水工作级水下机器人（Remote Operated Vehicle，ROV）设计配套的水下作业工具运输装置能向海底布放和回收ROV无法携带的样品、仪器及其他作业设备，从而为水下设备、水下装置和水下工具在海面与海底之间的升降运输提供手段。该深水水下作业工具简易运输装置主体主要采用框架结构，由输运模块、浮力调节模块和水下示位模块等3大模块组成，通过搭载不同体积的浮力材料和不同质量的负载执行不同深水设备在水下的运输任务。该装置安装有水下定位装置——声学应答器，能与母船和ROV 进行声学通信，通过声学信息告知其位置坐标，便于母船和ROV定位寻找。     

搭载于ROV的深海半自动沉积物保压取样器设计

随着ROV（ Remotely Operated Vehicles）在大洋科考活动中应用越来越成熟,为了运用ROV取得更丰富的样品,需要针对ROV的特点研发专用的取样工具。考虑ROV搭载的可行性和深海沉积物样本的采集及保存需要保持取样原点压力的需求,设计一套ROV可以搭载使用的深海半自动沉积物保压取样器,研究其深海半自动密封、体积置换及压力损失补偿技术3项基本技术,并对以上技术进行计算分析和实验验证,结果表明该技术方案具有较好的原位保压能力。     

搭载于ROV的深海半自动沉积物保压取样器设计

随着ROV(Remotely Operated Vehicles)在大洋科考活动中应用越来越成熟,为了运用ROV取得更丰富的样品,需要针对ROV的特点研发专用的取样工具。考虑ROV搭载的可行性和深海沉积物样本的采集及保存需要保持取样原点压力的需求,设计一套ROV可以搭载使用的深海半自动沉积物保压取样器,研究其深海半自动密封、体积置换及压力损失补偿技术3项基本技术,并对以上技术进行计算分析和实验验证,结果表明该技术方案具有较好的原位保压能力。     

大深度载人潜水器浮力块的结构设计

依据大深度载人潜水器浮力块的使用条件及主要技术性能指标,提出了浮力块的质量和质心坐标的计算方法、布置和分块原则、强度校核标准,并通过对浮力块密度测试和水压试验,测得了浮力块的主要物理性能参数。上述研究结果为浮力块的结构设计、编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范中浮力块的结构设计、以及研制同类大深度水下载人/无人潜水器(HOV,ROV,AUV)提供了依据。     

基于聚四氟乙烯的水下航行器壳体优化设计

本文根据某型特种ROV的浮力冗余要求,以ROV最大内部容积为目标函数,相关设计参数为设计变量,建立壳体优化设计模型。利用全局搜索求解器globalsearch和局部寻优求解器fmincon进行求解,优化后的壳体内部容积提高9.46%,相应质量减少为42.38%,满足设计要求。     

水下安全检测与作业型机器人控制系统

[目的]针对船体、大坝、水下钢结构等表面附着物的安全检测,以及附着物清除作业的要求,需要研制一款新型水下安全检测和作业型带缆遥控水下机器人(ROV)。此类ROV需针对不同作业任务更换机械手,实现抓取、切割的功能,从而保证去除结构物上的附着物。[方法]阐述水下安全检测和作业型机器人的整套系统组成及原理。该系统以Arduino单片机为控制面板信号采集工具、以水面监控系统开发工控机为平台,零浮力脐带缆以2对双绞线、1对电源线为信号电力传输线,水下控制系统以ARM嵌入式为主控单元。建立ROV动力学模型,设计ROV艏向控制的广义预测控制器。经过系统调试,进行水池试验和湖上试验。[结果]试验证明,该系统运行正常,整套控制系统的稳定性、可靠性、实时性均达到设计要求,满足水下安全检测及作业要求。[结论]该系统设计方案和控制算法对于其他水下机器人的控制系统研究均有借鉴意义。     

固体浮力材料在船闸闸门上的应用

介绍了一种新的方案,将浮力材料安装在闸门底部主梁区隔内,抵消闸门的部分自重。对浮力材料的分类、行业应用、材料特性进行介绍。对浮力材料与钢浮箱进行比较,证明浮力材料在船闸钢闸门上应用的可行性,可以在新建大型闸门、老旧船闸改造中推广应用。     

浮力材料在潜水钟上的应用

对浮力材料在潜水钟上的应用作了概要阐述,包括浮力材料的种类、选型方法、应用原则、安装方式、敷设方法、安装要求等.介绍了3种常用浮力材料的特性,具体分析了浮力材料在潜水钟上的3种安装方式及3种敷设方法的各自特点,并指出了在工程应用时较理想的安装方式和敷设方法.总结了某型船的潜水钟设计和制造过程中的相关经验,可作为同类产品设计制造的参考.     

深水固体浮力材料的制备及性能研究

以环氧树脂E-44为基体材料,以改性593为固化剂,填充大量空心玻璃微珠制备固体浮力材料。研究空心玻璃微珠的填充量及空心玻璃微珠的表面改性处理等对固体浮力材料的密度、力学性能的影响。结果表明,增大玻璃微珠填充量,可使固体浮力材料的密度和压缩强度降低,空泡率增大。玻璃微珠表面改性处理,可使固体浮力材料的压缩强度变大,添加缓释剂可有效减少制备过程中散热不均产生气孔的问题。     

深水固体浮力材料的制备及性能研究

以环氧树脂E-44为基体材料,以改性593为固化剂,填充大量空心玻璃微珠制备固体浮力材料.研究空心玻璃微珠的填充量及空心玻璃微珠的表面改性处理等对固体浮力材料的密度、力学性能的影响.结果表明,增大玻璃微珠填充量,可使固体浮力材料的密度和压缩强度降低,空泡率增大.玻璃微珠表面改性处理,可使固体浮力材料的压缩强度变大,添加缓释剂可有效减少制备过程中散热不均产生气孔的问题.     

Structural Health Monitoring of Offshore Buoyant Leg Storage and Regasification Platform: Experimental Investigations

Offshore platforms are of high strategic importance, whose preventive maintenance is on top priority. Buoyant Leg Storage and Regasification Platforms (BLSRP) are special of its kind as they handle LNG storage and processing, which are highly hazardous. Implementation of structural health monitoring (SHM) to offshore platforms ensures safe operability and structural integrity. Prospective damages on the offshore platforms under rare events can be readily identified by deploying dense array of sensors. A novel scheme of deploying wireless sensor network is experimentally investigated on an offshore BLSRP, including postulated failure modes that arise from tether failure. Response of the scaled model under wave loads is acquired by both wired and wireless sensors to validate the proposed scheme. Proposed wireless sensor network is used to trigger alert monitoring to communicate the unwarranted response of the deck and buoyant legs under the postulated failure modes. SHM triggers the alert mechanisms on exceedance of the measured data with that of the preset threshold values; alert mechanisms used in the present study include email alert and message pop-up to the validated user accounts. Presented study is a prima facie of SHM application to offshore platforms, successfully demonstrated in lab scale.     

离岸浮力腿存储和再气化平台结构健康监测的试验研究（英文）

Offshore platforms are of high strategic importance, whose preventive maintenance is on top priority. Buoyant Leg Storage and Regasification Platforms(BLSRP) are special of its kind as they handle LNG storage and processing, which are highly hazardous. Implementation of structural health monitoring(SHM) to offshore platforms ensures safe operability and structural integrity.Prospective damages on the offshore platforms under rare events can be readily identified by deploying dense array of sensors. A novel scheme of deploying wireless sensor network is experimentally investigated on an offshore BLSRP, including postulated failure modes that arise from tether failure. Response of the scaled model under wave loads is acquired by both wired and wireless sensors to validate the proposed scheme. Proposed wireless sensor network is used to trigger alert monitoring to communicate the unwarranted response of the deck and buoyant legs under the postulated failure modes. SHM triggers the alert mechanisms on exceedance of the measured data with that of the preset threshold values; alert mechanisms used in the present study include email alert and message pop-up to the validated user accounts. Presented study is a prima facie of SHM application to offshore platforms, successfully demonstrated in lab scale.     

超长轴系校中安装工艺的关键技术

以一艘78mDP2多用途工作船轴系校中安装技术为例,分析和介绍了超长轴系校中安装的特点、要点和方法。实践证明,该施工技术对类似船舶轴系的校中安装具有参考价值。     

基于参数扰动模型的遥控潜水器滑模控制方法

[目的]遥控潜水器(ROV)的运动控制易受到环境和模型参数不确定性因素的影响,难以达到预期控制效果,针对此情况,提出一种基于参数扰动模型的ROV滑模控制方法。[方法]以标准ROV模型为基础,将环境干扰与模型自身参数的不确定性作为模型扰动参数,建立带参数扰动的ROV模型,并对模型进行解耦得到深度方向的控制模型,基于带参数扰动的模型完成定深运动滑模控制器设计,开展仿真试验验证。[结果]结果表明,基于参数扰动ROV模型的滑模控制器能够对ROV进行稳定、高效的定深控制,并且该控制方法可以改善外干扰和模型参数不确定性带来的影响。[结论]该控制器设计方法可为解决ROV控制过程中受到的环境与模型不确定性问题提供一种解决方案。     

ROV attitude control based on multi-motor cooperative propulsion北大核心CSCD

[目的]为了提高遥控水下航行器(ROV)在复杂水下环境中的姿态控制性能,开展多电机协同推进的ROV姿态控制研究。[方法]首先,针对多电机系统的结构和算法,分别提出一种基于PID速度补偿器的偏差耦合结构和一种新型非奇异终端滑模控制(SMC)算法,并设计一种新颖的基于多电机协同推进的ROV姿态控制方法;然后,建立ROV的运动学和动力学模型,开展推进器组推力建模分析、解耦简化ROV动力学模型研究;最后,设计一种ROV滑模姿态控制器。[结果]仿真结果表明,所提的结构和算法可提高多电机系统的抗干扰性、同步性和快速响应能力,进而提高ROV姿态控制系统的稳定性与鲁棒性。[结论]所提方法可为ROV姿态控制提供一种新的可用方案。     

一种小型潜器模型参数估计方法与实验研究

潜器的位置控制性能对深海采矿取样过程有很大影响.本文针对小型潜器位置控制的需要,研究其动态模型参数辨识方法.以机械能守恒定理为基础,讨论了机械能增量在正交坐标下的分配量与外力作功的能量转换关系.利用这一关系与最小二乘法,以潜器纵向运动动态灰箱模型参数估计为例,建立了基于能量转换的潜器模型参数估计方程,并开展了实验研究.将海洋水下工程手册经验公式的计算结果与实验结果对比,验证了本方法的有效性.本方法物理意义明显,适用于作机械运动的线性与非线性系统辨识.     

无模型自适应控制算法在ROV定深控制中的仿真

将无模型自适应控制方法应用于ROV(Remote Operated Vehicle)定深控制当中。该控制方案的设计仅利用ROV的垂向推力输入数据和深度输出数据，用动态线性化时变模型替代ROV非线性系统模型，算法中不包含ROV模型及水动力参数信息。因此，解决了ROV因系统复杂，水动力参数难以确定所导致的控制器设计复杂度高，控制效果不理想的问题。为了便于仿真，本文建立含有补偿参数的ROV简化模型，模型仅用于产生系统的I/O数据，不参与控制器的设计。仿真结果表明，在ROV定深控制当中，无模型自适应控制(Model-free adaptive control，MFAC)比PID控制具有更强的抗扰能力。此外，在欠阻尼ROV系统中，基于偏格式动态线性化的无模型自适应控制(partial form dynamic linearization based Model-free adaptive control，PFDL-MFAC)方案相比于基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制(compact form dynamic linearization based Model-free adaptive control，CFDL-MFAC)方案具有更好的控制效果。     

开架式ROV动力匹配稳态与动态设计方法

本文针对开架式ROV的设计,提出一种将稳态匹配与动态匹配相结合的动力匹配研究方法。首先根据所设计的ROV,运用Fluent软件对其进行水阻力仿真,得出ROV在不同航速下的阻力,其次对螺旋桨进行特性分析,进而对比螺旋桨不同参数对推力和阻力匹配的影响,同时考虑螺旋桨功率与电机功率匹配,完成ROV的稳态匹配。最后加入动态分析得到最终的动力匹配,并证明其具有较好的运动稳定性以及机动性。     

复杂形体远程操控水下运载器水动力阻尼模型建模和检验(英文)

In this paper,numerical modeling and model testing of a complex-shaped remotely-operated vehicle(ROV) were shown.The paper emphasized the systematic modeling of hydrodynamic damping using the computational fluid dynamic software ANSYS-CFXTM on the complex-shaped ROV,a practice that is not commonly applied.For initial design and prototype testing during the developmental stage,small-scale testing using a free-decaying experiment was used to verify the theoretical models obtained from ANSYS-CFXTM.Simulation results are shown to coincide with the experimental tests.The proposed method could determine the hydrodynamic damping coefficients of the ROV.     

"海马"号无人遥控潜水器

本文介绍了自主研发、国产化率90%、工作深度达4500 m的"海马"号无人遥控潜水器.首先介绍ROV作业系统构成,描述ROV总体设计,提出核心框架的设计理念,对ROV的电子控制系统进行说明和分析.最后,重点介绍自主研发的ROV控制系统软件,并对该软件的特点进行阐述.自主研发的深海作业型ROV"海马"号,实现关键技术国产化,在海洋科学研究、海底资源调查、水下油气工程、深海救助打捞以及水下军事领域等方面具有重要的价值和战略意义.