潜艇低速运动时操纵控制仿真

潜艇垂直发射潜射导弹,将受到很大的发射反力,同时潜艇航速较低,引起舵效较差,从而使潜艇的操纵控制比较困难。本文分析低速运动时潜艇在发射潜射导弹过程中受到的冲击载荷及其运动响应,利用Simulink软件建立潜艇水下运动仿真模型。在此基础上进行潜艇低速运动时的操纵控制仿真研究,仿真结果与参考文献中发表的数据较为吻合,验证了该方法的有效性。     

一种小型水下滑翔机的设计和运动模拟

描述了一种小型水下滑翔机的设计和原理样机制造。与一般水下滑翔机不同的是,设计中将用于改变净浮力的水囊放置在该水下滑翔机的艏部。这样的设计能够为水下滑翔机滑翔姿态改变时提供正向力矩,减小系统调节时间。最后,建立原理样机的动力学方程并仿真模拟原理样机的下潜滑翔运动。仿真结果显示,水囊的布置确实能够减少水下滑翔机在姿态改变时的调节时间。     

新型蓄能器浮标上浮运动水动力性能研究

基于深海大洋在地球气候系统中的重要作用,国际上陆续提出并实施了一系列以深海大洋为核心的重大研究计划,目前自沉式剖面浮标因具备高分辨率采样观测的能力,被广泛应用于对深海大洋环境的观测研究中。为了增大浮标在运动过程中体积变化范围,本文提出一种在普通APEX浮标上加装N_2蓄能器的改变浮标浮力的方式,给出其工作原理图,结合其工作环境推导出浮标匀速运动时的速度方程,得出普通浮标和氮气浮标上浮运过程中的瞬时加速度以及速度随时间的变化曲线,并比较分析蓄能器对浮标上浮运动的影响。     

水下分散自重构模块的硬件设计

水下分散自重构系统(USS)是一种链式的水下自重构机器人，目前仅包含一种自重构模块(USM—1)，由于水下环境的特殊性，该模块具有不同于陆地自重构机器人模块的特点，详细介绍USM—1的硬件设计，并通过试验检验了USM—1运动和自重构的能力。     

Numerical Investigation of the Dynamics for Low Tension Marine Cables

This paper presents a numerical investigation into the dynamics of marine cables which are extensively used in offshore industry. In this numerical study, the Euler-Bernoulli beam model is adopted to develop the governing equations of the cable. Bending stiffness is considered to cope with the low tension problem in local area of towing cable, and thus a more accurate solution with the consideration of the axial elongation can be given.The derived strongly-coupled and nonlinear governing equations are solved by a second-order accurate, implicit,and large time step stable central finite difference method. The quadratically convergent Newton-Raphson iteration method is applied to solving the discrete nonlinear algebraic equations. Then a towed array sonar system(TASS)problem is studied. The numerical solutions agree reasonably well with the experimental data and the simulated results of the references. The specified program of the present paper shows great robustness with high efficiency.     

“海马”号4500米级ROV系统研发历程

作为国家863计划重点项目"4500米级深海作业系统"的主要研究成果,"海马"号4500米级无人遥控潜水器(ROV)于2014年2~4月在南海成功完成了海试。"海马"号是我国自主研发的第一套大深度ROV系统,最大工作水深4500m,主要作业功能是进行海底探测、取样以及其他水下作业。"海马"号的研发和海试成功是我国海洋技术领域继"蛟龙"号后的又一个标志性成果。介绍了"海马"号ROV的立项背景、研究目标、系统组成、总体技术性能和功能及其研发历程和海试情况。     

基于阿基米德螺旋加密重构技术的无人航行器KT辨识研究

针对无人航行器操纵模型参数辨识精度受限于航向数据采集频率的问题,提出一种运用阿基米德螺旋(Archimedes spiral, AS)加密重构稀疏数据集进而改良辨识精度的思路。首先,选取不同采集频率的Z形操纵仿真试验数据集,基于最小二乘算法进行一阶线性KT方程的参数辨识,定量分析采样频率对辨识精度的影响,阐述重构稀疏数据的必要性。随后,提出预先应用AS插值加密优化的策略,重构光滑连续的加密数据集,并与初始稀疏集、基于三次样条插值的加密集完成对比分析。数值结果表明,基于AS的数据重构策略使KT辨识精度提高了31.1%,平均误差仅2.4%,较三次样条插值处理准确了1%。基于AS的加密重构技术弥补了实际数据采样频率相对较低时的不足,为无人航行器高精度操纵模型参数辨识提供了新思路。     

基于ASNLS算法的智能浮标浮潜模型参数辨识

[目的]针对智能浮标大深度浮潜模型难以精确量化的问题,提出一种抗数据饱和及测量噪声的最小二乘算法（ASNLS）,以实现浮潜多参数识别及深度预测。[方法]首先,在智能浮标浮潜运动灰箱模型中引入其执行机构的非线性动作特性以契合实际模型,并将连续型浮潜运动方程转化为离散模式以匹配实际离散的数据采样方式;然后,将离散型运动方程构造为基于相关函数的表达形式,以减弱噪声对参数辨识的影响;最后,通过调整协方差矩阵的取值,实现该浮潜参数辨识算法的抗数据饱和功能。[结果]基于2021年智能浮标在南海的大深度试验数据,开展了浮潜运动模型参数辨识及深度预测,验证结果表明：相较于传统的最小二乘算法及支持向量机算法,ASNLS算法的收敛速度更快（较最小二乘算法提高了31.8%）、深度预测误差更小（不同深度下的平均绝对百分比误差均小于9%）。[结论]ASNLS算法可为智能浮标的深度控制和预报提供有效的浮潜模型支撑。     

基于OpenGL的深海开架式潜水器视景仿真设计

采用虚拟仿真技术,以正在研发的深海开架式潜水器的设计尺寸和数字海底理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,利用SolidWorks建模工具和VC++OpenGL图形开发库,实现了深海虚拟环境下的系统仿真。通过水下目标的建模实例,验证了仿真平台的正确性和可行性,该平台还可应用于深海综合调查研究、水下机器人操纵运动控制仿真等领域。     

Nonlinear pitch control of an underwater glider based on adaptive backstepping approach

Underwater gliders are highly efficient and long-ranged autonomous underwater vehicles. The typical dynamic modeling in the vertical plane is of multi-input multi-output(MIMO), which is underactuated while easily affected by the ambient environment. To resolve the problems of MIMO, the dynamic model is transformed into a single-input single-output(SISO) system with two dubious parameters, and an adaptive backstepping controller is designed and applied in this paper. A Lyapunov function has been established with the total energy of the system converged in the controller. Contrast result of simulation has demonstrated that the derived nonlinear controller has higher tracking precision and faster response than the proportional-integral-derivative(PID) control method,which indicates its excellent capability to deal with the controlling problems of underwater gliders.