基于干扰观测器的AUV三维路径自适应跟踪控制

针对水下机器人存在环境干扰时的三维路径跟踪问题,设计基于干扰观测器的非线性运动控制器.首先考虑三维空间中给定路径点坐标时的跟踪轨迹生成问题,采用三次样条算法生成二阶可导的跟踪路径,同时基于三维视线导航算法(LOS)生成姿态指令.考虑海流等未知外界干扰和模型参数不确定性对水下机器人运动的影响,采用非线性干扰观测器对干扰和不确定项进行估计,并将反步法和自适应滑模相结合设计运动控制律,解决了不确定干扰估计误差界未知的问题,并保证系统的全局渐近稳定性.最后,通过仿真实验表明该方法能够实现水下机器人的姿态控制,对于模型参数不确定和存在外界干扰的AUV有较好的自适应性和鲁棒性,可以使AUV的运动精确地跟踪期望轨迹.     

时变干扰下AUV三维轨迹跟踪反步滑模控制

针对自主水下机器人(AUV)在环境干扰下的三维轨迹跟踪问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反步滑模控制器。根据“云帆”AUV自身特点构建六自由度数学模型,设计NDO对环境干扰进行估计补偿。最后在反步法的基础上引入滑模控制,并加入NDO设计反步滑模控制器,并通过李雅普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真结果表明,基于NDO的反步滑模控制器能够满足AUV在环境干扰下三维轨迹跟踪要求,且具有较好的鲁棒性。     

NTSM控制的AUV路径跟踪控制研究

针对非线性欠驱动自治水下机器人（Autonomous underwater vehicle，缩写为AUV），提出了一种基于非奇异终端滑模（Non—singular terminal sliding mode，缩写为NTSM）控制的鲁棒路径跟踪控制方法。在跟踪控制系统中，采用的参考变量为非时间量，摆脱了时间因素的影响，有利于提高AUV在不确定环境中的跟踪能力。应用指数趋近律进行NTSM控制器设计，能保证系统状态在有限时间内到达平衡点。数值仿真结果验证了该控制律的路径跟踪效能。     

欠驱动船舶鲁棒路径跟踪控制器设计

针对欠驱动船舶直线路径跟踪控制系统中存在的外界干扰影响,提出一种鲁棒跟踪控制算法.该控制算法基于重定义输出、解析模型预测控制、高增益观测器等技术,使得欠驱动船舶能够渐近镇定于给定的直线参考路径.计算机仿真实验验证了算法的有效性.所提出的控制器具有良好的控制效果以及对外界干扰的鲁棒性.     

全驱动自主水下机器人回收路径跟踪模糊滑模控制

为满足全驱动自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)的水下搜救、回收和海底地貌成像等实际任务的需求,对全驱动AUV路径跟踪控制应用方法进行研究。阐述“探海Ⅱ型”全驱动AUV回收系统的组成,建立该AUV的水平面和垂直面数学模型,设计一种模糊滑模路径跟踪控制器,并对其进行仿真和湖试试验。结果表明：该AUV运行可靠,能较好地完成回收路径跟踪任务,满足水下实际任务需求;研究的AUV路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制具有借鉴意义。     

AUV全局路径规划环境建模算法研究进展

AUV的路径规划算法是AUV最为核心的技术之一。本文在分析AUV自主巡航技术背景的基础上,综述针对海底环境的全局路径规划环境建模方法的研究现状,并比较栅格法、拓扑法和可视图法的优缺点;讨论了国内外学者在探索海流对AUV全局路径规划环境建模影响方面的研究进展。基于对AUV海流影响研究现状,展望了该领域的发展方向,并给出了2种考虑洋流影响的AUV全局路径规划环境建模算法。     

基于蚁群算法的AUV全局路径规划方法

在大范围海洋环境中,应用蚁群算法对自主式水下潜器（AUV）的全局路径规划问题进行了研究。基于栅格环境模型建立了蚁群可视图模型,设计了蚁群信息素更新规则;给出了蚁群全局路径规划的操作步骤;针对蚁群规划路径不平滑问题,设计了切割算子和插点算子。仿真实验结果表明,蚁群全局规划算法非常适合于求解复杂环境中的规划问题,规划时间短、路径平滑。     

欠驱动AUV水平面运动的镇定控制设计

通过对欠驱动AUV的水平面三自由度运动方程和轨迹方程的简化分析,设计了一种镇定控制律。基于全局微分同胚坐标变换将欠驱动AUV的数学模型转化为级联形式的非线性系统,并证明了原系统的镇定问题可简化为级联子系统的镇定问题。通过状态反馈控制研究得到镇定控制律,证明了控制律的收敛性,并且进行了镇定仿真实验演示。仿真结果表明控制律的有效性,能够在任意初始条件下实现镇定控制。     

重于水型AUV模糊路径规划与优化

为了实现重于水型自治潜器(Heavier-Than-Water Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在未知水下环境中的局部路径规划。首先根据AUV的运动方程和机翼升力特性,在Matlab中建立动力学模型。设计模糊控制器,以声呐对障碍物探测得到的距离和方位信息作为输入量,实现了AUV在水下障碍物环境中的路径规划。最后,为提高AUV的能量利用效率,用遗传算法对模糊控制器的隶属度函数进行优化,并通过仿真试验证明了优化后AUV在避障期间能源消耗更少,说明该路径规划方法具有实际应用价值。     

船载卫星天线自动跟踪控制系统设计

综合运用单片机、数字罗盘、GPS接收机、单脉冲跟踪接收机等现代传感装置设计船载卫星天线自动跟踪系统,实现了快速准确对星.     

全回转推进控制系统设计

全回转推进装置可发出全方位的推力,使船舶具有灵敏的操纵性,现已广泛应用于需要高灵敏度操作的特种作业船。对此,基于单片机技术和控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)现场总线技术,设计一种应用于内河LNG移动加液船的全回转推进控制系统。从提高系统的控制精度和安全保护性能的角度介绍该系统的硬件、软件设计,并进行试验验证。结果表明:该系统满足设计要求,实现了对全回转推进装置的精确控制和安全保护。     

基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制器设计

针对欠驱动船舶路径跟踪控制系统中存在风、浪、流等外界干扰的影响,将船舶运动模型转化到Serret-Frenet标架下进行研究,通过引入重定义输出将原单输入多输出控制系统转化为单输入单输出控制系统,并将解析模型预测控制与非线性观测器相结合,提出一种鲁棒路径跟踪控制算法。该算法能够使欠驱动船舶跟踪并镇定于给定的参考路径。计算机仿真结果表明,所提出的控制器具有良好的控制性能以及鲁棒性能。     

船舶阀门远程驱动控制系统设计

利用传统系统对船舶阀门进行驱动控制时,不仅控制速度慢,稳定性也差。针对上述问题,设计一个基于现场总线的船舶阀门远程驱动控制系统。该系统的整体框架由上位机、下位机以及连接二者的现场总线3部分组成。根据系统框架确定系统实现流程,并在此基础完成系统功能模块设计,以及选取系统硬件设备和完成系统软件程序设计。结果表明:本系统完成阀门控制所需时间维持在5 s左右,比传统船舶阀门驱动控制系统少了3 s,且时间跨度较小,说明稳定性较好。     

大数据驱动的船舶航行路径跟踪研究

船舶航行路径跟踪控制时控制器会经历次数较多的更新而加速磨损,因此设计一种大数据驱动的船舶航行路径跟踪方法。忽略船舶航行过程中的升沉、俯仰和横摇运动,建立船舶三自由度数学模型,简化惯性矩阵,引入坐标变换公式解决外界扰动补偿问题;在控制器设计中,引入机器学习算法构造虚拟控制律的预选函数,采用滤波器去除外界干扰,完成大数据驱动的船舶航行路径跟踪研究。实验结果表明,设计方法大幅减少了控制器的更新次数,具有一定有效性。     

欠驱动船舶路径跟踪的神经滑模控制

为实现欠驱动船舶在存在风浪流外界干扰和参数摄动条件下的路径跟踪控制,提出一种基于可视距离的神经滑模路径跟踪鲁棒控制器。利用可视距离思想,根据期望路径与当前位置信息,分别设计船舶纵向速度和艏摇角的参考值,并视为镇定位置误差的虚拟控制律,将路径跟踪问题转化为纵向速度和艏摇角的镇定问题;结合神经网络和滑模方法,设计一种新的神经滑模鲁棒控制器,实现了对虚拟控制律的跟踪控制,无需确定参数摄动和外界干扰的上界,避免了控制器容易出现的饱和问题和抖振现象。仿真试验表明,设计的控制器对欠驱动船舶的模型摄动和外界干扰变化不敏感,可以实现路径的理想跟踪。     

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。     

基于蚁群优化的AUV全局路径规划研究(英文)

路径规划是自主式水下潜器(AUV)导航研究的重要课题,AUV可用于未知环境如海洋空间探测.在大范围海洋环境中,应用蚁群优化原理对自主式水下潜器的全局路径规划问题进行了研究.引入栅格建模方法建立了蚁群可视图模型,设计了蚁群信息素更新规则;给出了蚁群全局路径规划的操作步骤;针对蚁群规划路径不平滑问题,设计了切割算予和插点算子.仿真实验结果表明,蚁群全局规划算法非常适合于求解复杂环境中的规划问题,规划时间短、路径平滑,其原型系统可应用于非结构化无人环境监测.