遥操作机器人系统H∞混合灵敏度鲁棒控制器设计

基于H∞混合灵敏度鲁棒控制方法设计了主从机械手的控制器。提出了实用的加权函数选择方法和一种控制器降阶方法。采用MATLAB鲁棒控制工具箱进行仿真实验,结果表明系统在受扰情况下,具有良好的鲁棒稳定性和跟踪性能。     

柴电混合电力推进船舶负载频率H_∞鲁棒控制

[目的]风、浪及海流等多种随机不确定因素会引起船舶综合电力系统负载频率的波动。[方法]采用电池补偿柴油发电机组输出功率与船舶需求功率之间的差值,对柴油发电机组进行二次调频控制,保证船舶电网功率平衡,抑制电网频率波动。建立综合电力推进系统频率控制状态空间模型,基于H_∞混合灵敏度原理,选取合理的灵敏度与补灵敏加权函数设计鲁棒控制器,采用线性矩阵不等式(LMI)方法对设计的控制器进行求解并进行算例仿真。[结果]系统幅频特性表明,设计的鲁棒控制器具有合理性,短时冲击信号作用下的性能表现满足指标要求。与传统PI控制器的对比结果表明,设计的鲁棒控制器能显著抑制随机扰动引起的电网负载频率波动,减小柴油发电机组与电池的功率变化,电池荷电状态(SOC)变化范围明显缩小,可提高船舶电力系统鲁棒稳定性与鲁棒性能。[结论]该系统在各种工况下都能稳定运行并且使电网频率稳定,同时提高柴油发电机组燃油经济性,减小废气排放。     

水下机器人姿态角LQR-鲁棒方差控制实验研究

采用自动平衡控制系统作为物理仿真系统对水下机器人姿态角控制进行实验研究.结合具体系统设计了鲁棒方差控制器,分析了设计参数和系统参数变化对系统性能的影响.针对系统对大偏差和小偏差不同的要求,采用了LQR控制和鲁棒方差控制复合控制器;结合实际参数不确定范围确定了合理的设计参数范围;进一步结合实际调试中的具体问题确定了适当的系统参数.研究表明,LQR-鲁棒方差控制策略可以保证系统在较大范围的参数变化时保持稳定,有适当的带宽,并对随机干扰实现了合理的抑制.研究结果可供研制水下机器人控制系统参考.     

基于倾斜转弯技术的无人水下航行器双回路自动驾驶仪设计方法

基于倾斜转弯控制技术的无人水下航行器在机动过程之中,快速滚动引起各通道之间严重的交叉耦合,同时由于流体动力参数变化等原因,使得传统方法设计的自动驾驶仪难以满足要求。因此,本文提出首先利用LQR方法设计内回路控制器缩小模型不确定性界,然后利用H∞/加权混合灵敏度法设计外回路控制器,并利用平衡截断法进行降阶,得到双回路自动驾驶仪。结果表明,该方法设计出的自动驾驶仪对模型参数变化具有鲁棒稳定性,满足BTT UUV性能指标的要求,且容易工程实现。     

鲁棒极点约束的船舶减摇控制研究

针对存在随机海浪干扰、未建模动态和模型参数不确定性的船舶,兼顾控制器输出约束,提出采用LMI(Linear Matrix Inequality)区域进行闭环极点配置,考虑混合灵敏度S/R/T问题,设计了具有鲁棒极点约束的船舶减摇鳍H∞控制系统,对混合灵敏度S/R/T问题、权函数的选择等问题进行了研究,通过仿真验证了这一设计的可行性,所设计的船舶减摇鳍系统不但具有抗干扰性能,而且具有鲁棒稳定性.     

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。     

减摇鳍电液负载仿真台H2/H∞控制器的研究

为了提高减摇鳍加载系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,将混合H2/H∞控制理论和线性矩阵不等式(LMI)方法应用于减摇鳍加载系统的设计,将减摇鳍加载系统的性能要求转化为标准混合H2/H∞风控制问题.计算机仿真结果表明,利用线性矩阵不等式(LMI)方法所设计的混合H2/H∞状态控制器能在考虑模型不确定性的情况下,有效地提高了系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,改善了加载系统的各项性能.     

H2控制方法中加权函数对海洋平台振动控制效果的影响分析

采用具有鲁棒性能的H2控制方法对海洋平台的过度振动进行控制,给出与控制效果相关的加权函数W1和与控制力相关的加权函数W2的表达形式,以一典型平台为例,重点分析加权函数中各参数对振动控制效果及所需控制力的影响趋势,并对加权函数中的各参数进行敏感性分析。     

混合H2/H∞励磁控制器在船舶同步发电机组并联中的应用

为了提高船舶电站同步发电机励磁系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,提高并联运行的发电机组的无功分配性能,将混合 H2/H∞控制理论和线性矩阵不等式(LMD方法应用于同步发电机励磁控制系统的设计,将同步发电机励磁系统的性能要求转化为标准混合 H2/H∞控制问题.计算机仿真结果表明,利用线性矩阵不等式(LMD方法所设计的混合 H2/H∞励磁控制器能在考虑模型不确定性的情况下,有效地提高了系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,改善了船舶电力系统的调压的性能.     

便携式水下机器人设计

出于对近海海洋探索的目的,本文应用了上次研究[1]的水下ROV空间姿态控制系统设计了一种便携式水下机器人。该水下机器人系统硬件部分主要由电源模块、无刷电调、遥控部分以及姿态传感器模块组成,软件控制以及相关数据处理由一块ARM-M3内核的处理器完成,编译软件使用Kile。水下机器人结构采用3D打印机制作,材料选用PLA。遥控通讯采用CAN总线协议。水下机器人经过实际调试可以达到相关技术要求,下潜深度100 M,能实现简单的水下作业要求。     

水下热动力系统变参数实时混合仿真的原理与方法

针对水下开式循环热动力系统的强烈非线性特征及航行器的姿态变化 ,提出了一种变参数实时混合仿真系统的原理和方法。该实时混合仿真系统能够适应水下热动力系统的整个工作范围 ,可有效地用于检验热动力系统各部件之间的适配性能 ,并在试验中优化系统的结构参数。     

水下船舶清洗技术综述（英文）

This paper presents a comprehensive review and analysis of ship hull cleaning technologies. Various cleaning methods and devices applied to dry-dock cleaning and underwater cleaning are introduced in detail, including rotary brushes, high-pressure and cavitation water jet technology, ultrasonic technology, and laser cleaning technology. The application of underwater robot technology in ship cleaning not only frees divers from engaging in heavy work but also creates safe and efficient industrial products. Damage to the underlying coating of the ship caused by the underwater cleaning operation can be minimized by optimizing the working process of the underwater cleaning robot. With regard to the adhesion technology mainly used in underwater robots, an overview of recent developments in permanent magnet and electromagnetic adhesion, negative pressure force adhesion, thrust force adhesion, and biologically inspired adhesion is provided. Through the analysis and comparison of current underwater robot products, this paper predicts that major changes in the application of artificial intelligence and multirobot cooperation, as well as optimization and combination of various technologies in underwater cleaning robots, could be expected to further lead to breakthroughs in developing next-generation robots for underwater cleaning.     

一种船用服务机器人的轨迹跟踪控制

基于旅游类舰船的消费需求不断增加和机器人产业的逐渐普及,设计一种应用于游轮上的船用服务机器人。面对船舶复杂的工作环境等特点,该机器人位置跟踪和姿态跟踪控制显得尤为关键。首先根据驱动原理建立运动学模型,其次借鉴Backstepping方法设计虚拟控制的虚拟反馈,并结合Lyapunov函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。最后并通过仿真实验证明该法具有稳定性好、响应时间短和稳态误差较小的优点,对机器人技术应用于船舶方向的研究产生了一定的积极影响。     

水面舰艇水下防御任务系统研究

该文根据水下防御作战需求,介绍了国外水下防御装备发展趋势,提出水面舰艇水下防御任务系统的功能模块和体系结构,并以水面舰艇编队为例,进行水下防御作战想定。最后指出了后续工作的重点方向。该文对我国海军水面舰艇水下防御发展有一定的参考价值。     

水下船体表面清刷作业机器人的控制系统

水下船体表面清刷作业机器人是一种新型的用于水下特种作业的机器人。作者从电机驱动、姿态检测、自主控制等几个方面进行了机器人控制系统的硬件及软件设计，实验结果表明控制系统性能达到了设计要求。     

The design of underwater hull-cleaning robot

The research on underwater ship-hull cleaning robot was conducted on the purpose of realizing the automation of cleaning underwater ship hull so that service life of ship will be prolonged and ship speed will raised. Moreover, fuel consumption and the work intensity of divers will be reduced. In this paper, the current situation and the latest technology in China and abroad were analyzed; meanwhile, the typical characteristics of the underwater cleaning robot were introduced. According to the work principle of the underwater cleaning robot, the emphasis was put on the analysis and study of permanent-magnetic absorption, magnetic wheel, airproof and anticorrosion, underwater cleaning equipment and control system. The robot is easy in rotation and simple in control.     

Design of underwater robot lines based on a hybrid automatic optimization strategy

In this paper, a hybrid automatic optimization strategy is proposed for the design of underwater robot lines. Isight is introduced as an integration platform. The construction of this platform is based on the user programming and several commercial software including UG6.0, GAMBIT2.4.6 and FLUENT12.0. An intelligent parameter optimization method, the particle swarm optimization, is incorporated into the platform. To verify the strategy proposed, a simulation is conducted on the underwater robot model 5470, which originates from the DTRC SUBOFF project. With the automatic optimization platform, the minimal resistance is taken as the optimization goal;the wet surface area as the constraint condition; the length of the fore-body, maximum body radius and after-body＇s minimum radius as the design variables. With the CFD calculation, the RANS equations and the standard turbulence model are used for direct numerical simulation. By analyses of the simulation results, it is concluded that the platform is of high efficiency and feasibility. Through the platform, a variety of schemes for the design of the lines are generated and the optimal solution is achieved. The combination of the intelligent optimization algorithm and the numerical simulation ensures a global optimal solution and improves the efficiency of the searching solutions.     

基于组合自动优化策略的水下机器人型线设计（英文）

In this paper, a hybrid automatic optimization strategy is proposed for the design of underwater robot lines. Isight is introduced as an integration platform. The construction of this platform is based on the user programming and several commercial software including UG6.0, GAMBIT2.4.6 and FLUENT12.0. An intelligent parameter optimization method, the particle swarm optimization, is incorporated into the platform. To verify the strategy proposed, a simulation is conducted on the underwater robot model 5470, which originates from the DTRC SUBOFF project. With the automatic optimization platform, the minimal resistance is taken as the optimization goal; the wet surface area as the constraint condition; the length of the fore-body, maximum body radius and after-body's minimum radius as the design variables. With the CFD calculation, the RANS equations and the standard turbulence model are used for direct numerical simulation. By analyses of the simulation results, it is concluded that the platform is of high efficiency and feasibility. Through the platform, a variety of schemes for the design of the lines are generated and the optimal solution is achieved. The combination of the intelligent optimization algorithm and the numerical simulation ensures a global optimal solution and improves the efficiency of the searching solutions.     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。