基于AQPSO算法的圆碟形水下滑翔机路径规划

为解决复杂海洋环境影响下圆碟形水下滑翔机的路径规划问题,采用多黏性Lamb涡叠加方法模拟洋流环境模型。以最小能量消耗为优化目标,结合B-spline方法生成光滑的曲线路径,采用自适应性基于量子行为的粒子群优化算法对圆碟形水下滑翔机的路径选择进行优化求解。将该算法与粒子群优化算法和基于量子行为的粒子群优化算法相对比,仿真结果验证了各算法在求解航行路径问题方面的有效性。此外,基于能耗最优原则分析各算法的适用性。     

基于粒子群改进算法的水下滑翔机路径优化

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景。基于效率最优原则的水下滑翔机路径规划对降低滑翔机的功耗和快速到达指定位置至关重要。基于水下滑翔机效率模型的路径规划问题是一种非线性混合整数规划问题,针对此类问题在建立水下滑翔机效率模型的基础上提出粒子群改进算法。利用该算法,在效率最优原则下对水下滑翔机到达指定位置的路径进行优化。通过与其他算法比较可知,该算法能够比较快速地找到质量较高的最优解,适合解决非线性混合整数规划问题。     

水下滑翔机路径规划研究综述及展望

水下滑翔机（UG）是一种新型的水下无人航行器,具有能耗低、效率高、续航力长、成本低、可重复使用等优点,能够满足长时序、大范围的海洋观测与探测需求。水下滑翔机作为一种观测探测平台,合理的路径规划是其执行海洋观测与探测任务的重要保障。首先,综述近年来有关水下滑翔机路径规划方法,将水下滑翔机路径规划算法的内容系统性地分为传统算法、智能优化算法和多算法融合3类,并结合实际应用场景对不同的路径规划算法性能进行比较;然后,对水下滑翔机路径规划过程中所涉及到的环境重构技术、环境感知技术、智能决策技术和水下定位技术等关键技术进行凝练与总结;最后,基于现有的发展趋势,对水下滑翔机路径规划未来的发展方向,如多算法共融规划、多机协同路径规划、融合时空和目的约束的多维空间路径规划和复杂非稳态环境下的精准路径规划等进行展望。     

基于改进人工势场法的水下滑翔机路径规划

研究了水下滑翔机在单个运动周期下躲避障碍物的路径规划问题,针对水下滑翔机运动特点,采用改进的人工势场法,规划出避障路径。首先,对传统的人工势场法进行改进,以克服局部极值与目标不可达问题,并引入速度势场函数,将静态势场转变为动态势场;然后,将水下滑翔机的运动特性及约束考虑进来,提出障碍物影响半径确定方法;之后,分析了定常海流对路径规划的影响。最后,以HUST-2号水下滑翔机为例在不同情况下进行仿真试验。结果表明,所用方法能使水下滑翔机成功避开水中静态与动态障碍物。     

基于RRT*算法的水下机器人全局路径规划方法

针对海洋环境的复杂性,考虑水下机器人能量的局限性,为减小洋流环境中作业全程水下机器人的能量消耗,以某水下机器人为研究对象,设计实现基于RRT*的路径最短和能耗最低的路径规划算法;并进行包括RRT*算法和RRT算法在复杂环境下的对比、不同洋流流速环境中水下机器人路径最短和能耗最低路径规划的仿真模拟。最后在水池中,利用实验室现有的水下机器人平台进行了真机实验。仿真测试和真机实验结果表明:所设计的基于RRT*的路径最短和能耗最低的路径规划算法可行有效。     

水下滑翔机路径规划研究综述及展望北大核心CSCD

水下滑翔机(UG)是一种新型的水下无人航行器,具有能耗低、效率高、续航力长、成本低、可重复使用等优点,能够满足长时序、大范围的海洋观测与探测需求。水下滑翔机作为一种观测探测平台,合理的路径规划是其执行海洋观测与探测任务的重要保障。首先,综述近年来有关水下滑翔机路径规划方法,将水下滑翔机路径规划算法的内容系统性地分为传统算法、智能优化算法和多算法融合3类,并结合实际应用场景对不同的路径规划算法性能进行比较;然后,对水下滑翔机路径规划过程中所涉及到的环境重构技术、环境感知技术、智能决策技术和水下定位技术等关键技术进行凝练与总结;最后,基于现有的发展趋势,对水下滑翔机路径规划未来的发展方向,如多算法共融规划、多机协同路径规划、融合时空和目的约束的多维空间路径规划和复杂非稳态环境下的精准路径规划等进行展望。     

基于改进蚁群算法的水下机器人路径规划算法

针对当前基本蚁群算法应用于水下机器人全局路径规划时存在路径搜索速度慢、容易陷入局部最优等问题,对其进行优化,提出一种改进蚁群算法。首先,改进算法引入A*算法作为新的初始路径搜索策略提高初始解的质量,加快算法收敛速度;针对特殊环境下算法容易陷入局部最优的问题做出优化,引入狼群分配策略进行蚂蚁回退。此外,对距离启发函数做出改进,综合考虑当前节点和下一节点以及下一节点和目标节点之间的距离,提高了算法搜索效率;提出一种信息素动态自适应更新策略,加快了算法前期搜寻效率,同时又扩大了算法后期搜寻范围。最后,以三次B样条法为基础引入路径平滑操作,去除规划路径结果中的冗余节点,减少了水下机器人移动过程中的能耗。仿真结果表明,和基本蚁群算法相比,改进算法不仅能取得更短、能耗更低的最优路径,收敛速度也更快。     

水下滑翔机研究现状及发展趋势

翼身融合（BWB）水下滑翔机在吊放过程中易发生结构破坏,为保证其结构安全性的同时实现轻量化设计目标,对其内部耐压舱固定架进行优化设计。

采用多保真度数据驱动优化方法,结合结构参数化建模方法和有限元方法,开展BWB水下滑翔机内部耐压舱固定架结构设计。建立舱体固定架结构的高、低保真度数值模型,提出一种基于分层Kriging模型的多保真度数据驱动优化方法,基于该方法搭建舱体固定架全自动优化设计框架,并完成舱体固定架的优化设计。

结果表明,在保证结构安全的前提下,优化后舱体固定架质量减小了16.4%,且所提出的优化设计方法与粒子群优化算法相比,在获得同等水平优化设计结果时,可减少75%的计算耗时,显著提高了优化设计效率。

研究方法及结论为BWB水下滑翔机耐压舱固定架结构设计提供了一种高效的优化设计途径。

     

果蝇算法在基于LSSVM智能水下机器人操纵运动模型辨识中的应用

基于水下机器人的Z型仿真试验,应用支持向量机对水下机器人的操纵运动模型进行辨识,从核函数结构中得到水动力系数,并建立水下机器人的预报模型,引入果蝇算法对惩罚因子C进行寻优,以减少基于经验而选择的参数对辨识精度产生的影响。通过预报与仿真比较,验证了该方法的有效性。     

自主式水下潜器分层递阶控制系统

本文就自主式水下潜器的模型,给出了该潜器分为四层的分层递阶控制系统及分层递阶控制的仿真结果。     

水下滑翔机试验样机系统设计

水下滑翔机作为一种新型的水下机器人巧妙地利用了水平固定翼将净重力转换为前进驱动力,从而降低了水下机器人的功耗。在海洋科学研究、环境监测、资源探测和军事侦察等方面都具有广阔的应用前景。文章介绍了水下滑翔机试验样机主体结构设计,姿态调节系统设计,浮力调节液压系统设计和控制系统系统设计。对嵌入式低功耗设计和层次设计做了重点介绍,并且对基于双向流量计浮力调节液压系统进行了详细介绍和仿真分析。     

多翼自治水下机器人动力学建模与姿态控制

  目的  自主式水下机器人（AUV）在海洋资源勘探、水下设备检修、水下搜救等领域发挥着重要作用,是探索海洋、开发海洋资源的重要工具。AUV的航向控制是其完成水下作业任务的基础。目前国内工程上多使用常规整数阶PID（比例、积分、微分）控制器进行航向控制,但该方法存在鲁棒性较差和参数整定复杂的问题。  方法  针对以上常规航向控制方法的不足,提出一种基于分数阶PID技术的航向控制器,并结合遗传算法完成控制参数自动整定,以提高控制器的实用性。分别对试凑法整定整数阶PID参数、基于遗传算法整定整数阶和分数阶PID参数的3种航向控制器进行算法仿真对比。  结果  结果表明：基于遗传算法整定分数阶PID参数的航向控制器相较于其他2个控制器,在上升时间与稳态误差基本相当的情况下超调量显著减小。  结论  说明基于遗传算法整定参数的分数阶水下机器人航向控制算法有效并具有优越性。     

多自主水下航行器编队控制技术研究

对多自主水下航行器编队任务进行了概述,针对编队问题和目前常用的编队方法,提出了基于领航者法的分层式编队控制技术,将人工势场法引入到编队控制行为中,提高了AUVs编队的协调性与协作性,增强了编队体系的环境自适应能力.最后,通过仿真实现了多种编队案例,验证了算法的合理性和实用性.     

采用变频调速技术的船用海水泵能耗分析

介绍了变频调速技术的工作原理,给出了普通海水泵和恒压变频海水泵的功耗计算公式;基于现有欧亚航线上的20000TEU级集装箱船对海水冷却系统进行方案设定,给出了中央出冷却水系统和逻辑控制系统的设计方案;通过计算分析了普通海水泵变频和恒压变频海水泵能耗上的差异,验证了能耗计算的准确性。对船上应用变频调速控制系统的能耗和成本降低提供了计算方案。     

CR-026000m无人自治水下机器人载体系统

“CR－02”6000m无人自治水下机器人（AUV）是基于“CR－02”6000m机器人的改进型。“CR－02”机器人的最大工作深度为6000m。它的一项重要功能是通过采用艏部垂向和横向对转槽道桨,使其具有海山爬坡能力;另一重要功能是它具有先进的测深侧扫声纳,抚仙湖的试验结果表明艏部对转槽道桨大大改善了机器人的机动性。本文简要地介绍了机器人的主要技术特性和参数、载体线型、推进系统和框架结构。     

自主式水下潜器海洋环境监测系统技术概念

介绍了被誉为未来海洋卫星的自主式水下潜器ＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）的国外发展新动态、自主式海洋采样网络ＡＯＳＮ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｏｃｅａｎ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）和海洋中的“卫星”技术概念和应用前景。     

Noncontact power supply for seafloor geodetic observing robot system

A new and effective seafloor geodetic observing robot network system, which consists of several submarine stations situated in regions susceptible to interplate earthquakes, has been proposed and is under construction in Japan. Each station, equipped with an autonomous underwater vehicle (AUV) dock, is connected to a land facility by cables providing power and communication. Near the AUV dock, three or four seafloor reference stations will be set up for geodetic observations. In this system, a noncontact power supply is required for a battery-driven AUV to conduct observations for extended durations. A small, intelligent, efficient, high-power noncontact feed system of 400 W capacity with an inverting efficiency of 77% in salt water has been developed. It has been shown to be effective in a water tank experiment in which the noncontact power supply automatically fed power to an AUV for 3 days.     

凸台对多载荷AUV载荷段阻力的影响

为了研究凸台对多载荷AUV载荷段的阻力影响,基于SST k-ω湍流模型,分别对原始模型和带凸台结构模型进行了流场的数值计算.通过分析凸台截面形状及尺寸对流场的影响,研究了凸台减阻机理.结果表明,尾部凸台的出现能够避免过早的发生流体分离,降低模型尾部形成的尾涡强度和尺度,从而减小模型的压差阻力,达到减阻效果.并且,圆柱形凸台的减阻效果并不是随着尾部凸台的直径和长度增加而单调增加,而是有一个较合适的直径及长度进行匹配,从而达到最佳的减阻效果;半球形凸台对模型减阻效果很好,但在一定范围内减阻效果不随直径的增加而增强;组合型凸台的减阻效果比单纯圆柱形凸台和半球形凸台都要好,减阻量可以达到50％以上.