多水下机器人编队通信研究

针对多水下机器人编队控制中的水下无线通信问题,提出了一种基于调度的水下无线环状媒介访问控制协议,克服了由于多跳带来的隐藏终端和暴露终端的问题,保证了系统通信的公平接入和周期性控制,同时通过采用数据包捎带技术,在数据包中携带令牌信息,减少额外发送令牌控制包等方法来提高系统吞吐量。N S仿真软件上的仿真实验分析了新协议的性能,通过与类似ALOHA的基于竞争协议的对比实验确定新协议的使用范围,验证了上述媒介访问控制协议的有效性和可行性。     

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.     

水下机器人通信与控制技术研究

通过调研水下机器人的发展历程,提出了带有履带机器人的系统设计方案,并对其车载模块进行设计以及算法控制。然后通过对脉冲调制、差分脉冲调制进行对比,提出利用改进的DPPM进行水下通信,最后通过实验说明此种方法提高了数据的传输速率,添加白噪声进行实验仿真,说明当信号因延迟为叠加时,系统抗干扰能力会先变强,然后随着叠加数据的增多,抗干扰性减弱。     

面向模块化设计的水下机器人集群编队控制

针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三自由度运动学和动力学方程,推导水下机器人集群的动态误差模型;针对路径已知的集群编队问题提出领航者-虚拟结构策略,其中跟随者水下机器人采用基于通信时延补偿的滑模控制器进行跟踪。结果表明,该控制策略可以快速形成队形且轨迹误差小于5%。最后应用3种已开发完成的水下机器人,在可视化仿真平台中进行实验验证,证明该异构水下机器人集群编队方法合理高效。     

水下多智能体系统快速编队控制

针对水下多智能体系统在无向网络下的快速编队问题,提出基于智能体当前和过去状态的快速编队控制算法。利用矩阵理论和频域分析法,得到该算法能使系统快速编队的过去状态区间。仿真示例验证了其有效性。     

自主式水下机器人水下对接技术综述

  目的  为满足全驱动型自主式水下机器人（AUV）水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。  方法  阐述自主研发的\     

极地自主水下机器人研究现状和关键技术

极地自主式水下机器人是进行极地科学考察和相关研究的主要装备。本文首先介绍了目前国内外极地自主水下机器人的研究现状。然后,针对极地高纬度、大范围冰盖、极低温、复杂水声环境等主要特点,总结了布放回收、水声通信、导航定位、电池低温放电和总体设计等主要关键技术。最后,提出我国发展极地自主水下机器人的方向。     

基于水声通信的水下机器人协作技术研究

以水下机器人的控制与协调应用为背景,提出一种基于水声通信的水下机器人协作控制方法。本文首先对水声通信进行介绍,包括水声信道特点及调制方法,然后介绍水下机器人的协作方法,并给出水下机器人的整体设计,通信模块采用了水声通信中的OFDM技术,实验结果表明,该通信方法具有较低的误码率及较高的通信速率。     

自主式水下机器人最优路径规划问题的研究

路径规划是水下机器人实现自主航行的重要环节。根据自主式水下机器人的动力学性质，路径规划的特点以及实现智能行为的要求，采用基于案例的遗传算法，实现了自主式水下机器人最优路径规划。给出该方案的基本框架和算法，在基于案例类比的学习方法中引入模糊多属性综合决策的方法建立决策算子进行案例的匹配，在遗传算法中实际知识的指导，适当地改进遗传算子，加快搜索速度。仿真结果证明该路径规划方法能够取得较好的规划结果，使自主式水下机器人具有了一定的自主导航，自主避障和自主作业的能力。     

AUV水下对接控制方法

针对AUV水下对接系统的需求,研究了AUV对接航行中的控制方法。将导引和控制过程分为追踪回归和直线对接2个阶段。通过仿真计算研究,验证了控制策略和算法的可行性。     

多AUV队形控制的新方法

基于机器人队形控制中的领航者-跟随者方法(Leader-Follower Method)和基于行为方法(Behaviorbased Method),提出了一种用于多自治水下机器人(AUV)队形控制的新方法.该方法以领航者来确定整个AUV编队的前进状态,跟随者时刻跟随领航者以保持一定的队形形状.同时,领航者和跟随者都被赋予一定的行为特性以实现奔向目标、队形维持、队形转换及障碍避碰等功能.考虑到领航者在行进过程中有可能会发生意外而导致任务失败,本方法设定一特殊的跟随者令其作为候选领航者时刻跟随领航者以防万一.分别采用模糊规划器和Line of Sight(LOS)技术来实现AUV编队的障碍避碰和导航.     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器（AUV）在水下自主回收和对接的问题,基于惯导（INS）、声学超短基线定位（USBL）、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法。[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度。分别以INS和USBL及光学探测信号作为子滤波器的输入信息,结合AUV水下回收对接过程中的5个阶段分别建立运动方程,最终得到适用于移动平台搭载的AUV水下对接引导系统的多源数据融合导航算法。[结果]仿真结果表明,所提方法具有可行性、系统鲁棒性和控制精度,[结论]可满足母艇水下回收作业对接的工程要求,以及作为AUV水下自主回收操作的技术参考。     

带吊舱水下机器人运动建模与仿真(英文)

To provide a simulation system platform for designing and debugging a small autonomous underwater vehicle’s (AUV) motion controller, a six-degree of freedom (6-DOF) dynamic model for AUV controlled by thruster and fins with appendages is examined. Based on the dynamic model, a simulation system for the AUV’s motion is established. The different kinds of typical motions are simulated to analyze the motion performance and the maneuverability of the AUV. In order to evaluate the influences of appendages on the motion performance of the AUV, simulations of the AUV with and without appendages are performed and compared. The results demonstrate the AUV has good maneuverability with and without appendages.     

自主式水下潜器研究开发综述

介绍了自主式水下潜器的特点和发展历史,并就其在科学考察、商业及军事上的应用情况做了概述.对目前自主式水下潜器主要研究热点进行了讨论分析,包括高效能源的应用、仿生技术的应用、基于环境的导航技术应用、智能控制技术的应用、可靠性及容错技术应用、多AUV技术应用及仿真技术的应用.对自主式水下潜器技术的未来发展方向做了展望.随着各项瓶颈技术的逐步突破,自主式水下潜器将在海洋应用各个领域中大显身手.     

基于模糊自适应滑模方法的AUV轨迹跟踪控制

针对水下航行环境中自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)航迹精确跟踪问题,提出一种基于模糊自适应滑模方法的AUV航迹跟踪控制算法。在建立AUV系统动力学模型基础上,将其运动通过变结构滑模控制律结合模糊逼近设计出AUV航迹跟踪控制系统,采用模糊系统实现模型未知干扰的自适应逼近,基于Lyapunov稳定性理论,讨论了闭环系统的稳定性。在考虑加入外界干扰的条件下使用Matlab/Simulink软件,进行数值仿真,模拟轨迹跟踪能够达到稳定并且较平滑连续跟踪预定航迹,对干扰有较好的抑制作用。仿真结果表明了所提控制方法的有效性。     

水下航行器三维航迹反演滑模跟踪控制

  目的  旨在研究非线性六自由度自主水下航行器（AUV）的轨迹跟踪问题。  方法  为此,设计三维轨迹变前视距离视线（LOS）导引律,利用李雅普诺夫稳定性判据证明此导引律的稳定性,使用设计的自适应S面控制算法对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度进行控制。然后,以REMUS 100 AUV为例, 利用Matlab软件分别对AUV的航向角、纵倾角和纵向速度控制及其空间直线、曲线轨迹跟踪进行仿真,以验证所提导引律的有效性。  结果  结果表明：对于非线性控制而言,相比于传统的S面控制,自适应S面控制可降低控制参数整定的难度,抗干扰能力更强;而且,相比于传统的LOS导引律,所提导引律可使AUV更快地跟踪上参考轨迹。  结论  所设计的轨迹跟踪控制算法能够实现对AUV的三维轨迹跟踪,并改善AUV的操纵性。     

水下航行器三维航迹反演滑模跟踪控制

本文提出一种自治水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法。将AUV在三维空间的运动通过反演法和变结构滑模控制律设计出AUV航迹跟踪控制律,通过Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。在同时考虑加入外界干扰的条件下,使其控制效果在3个坐标轴上都能够达到稳定并且有平滑连续的输出结果,对外界干扰有较好的抑制作用。仿真结果表明了所提控制律的有效性。     

应用GA,PSO,ACO算法进行水下自主运载器路径规划(英文)

In this paper,an underwater vehicle was modeled with six dimensional nonlinear equations of motion,controlled by DC motors in all degrees of freedom.Near-optimal trajectories in an energetic environment for underwater vehicles were computed using a numerical solution of a nonlinear optimal control problem(NOCP).An energy performance index as a cost function,which should be minimized,was defined.The resulting problem was a two-point boundary value problem(TPBVP).A genetic algorithm(GA),particle swarm optimization(PSO),and ant colony optimization(ACO) algorithms were applied to solve the resulting TPBVP.Applying an Euler-Lagrange equation to the NOCP,a conjugate gradient penalty method was also adopted to solve the TPBVP.The problem of energetic environments,involving some energy sources,was discussed.Some near-optimal paths were found using a GA,PSO,and ACO algorithms.Finally,the problem of collision avoidance in an energetic environment was also taken into account.     

面向复杂地形海洋勘探的Multi-AUV编队协同控制策略

针对Multi-AUV编队执行复杂海底地形勘探任务的实际需求和问题,提出Multi-AUV的编队协同控制策略。首先采用领航-跟随思想和反馈线性化方法推导出编队控制律,使Multi-AUV编队可以维持在恒定的几何队形进行巡航,实现高效的并行作业;其次为使搭载的设备获得更佳的扫描效果,引入基于最小二乘法估计的高度控制方法,以保持AUV处在期望的距底高度;然后针对执行梳状探测路径中存在的路径变换和极端地形避障问题提出路径变换优化策略和避障策略,最后通过计算机仿真试验验证提出的编队方法和策略在执行海底复杂地形探测任务中的有效性。