基于灰色预测的潜艇垂直面运动控制

由于潜艇运动具有大惯性、大时延和非线性等特点,在外界干扰下,传统的PID控制器不能及时进行参数调整,将出现无效操舵、操舵幅度过大等现象。本文根据潜艇垂直面运动特点,设计一种基于灰色预测模型的潜艇垂直面运动控制器,采用灰色模型对潜艇深度和纵倾偏差进行实时预测,并将预测值应用于改进的PID控制器。仿真结果表明,该控制器比传统的PID控制器具有更好的动态特性,并能有效地减少无效操舵和操舵幅度过大等现象。     

弱磁型四旋翼AUV的深度与姿态控制

为对磁性敏感的实验装置提供一个无磁干扰、具有一定深度以及姿态稳定的水下测试环境,设计一款基于经典比例积分微分（PID）算法控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器。本文通过外形设计,对该自主航行器进行三维建模,从而建立该AUV的运动学模型,进行稳定性分析。通过电气系统以及控制系统的设计与组装,调整各控制参数,成功搭建该自主航行器并进行水池实验。通过实验可知,基于PID控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器通过无浮力缆与上位机连接,可以实现定深以及定姿态的功能。同时将各个误差值控制在理想范围内,验证了该控制系统的稳定性以及鲁棒性。     

多约束模型预测控制在AUV深度控制中的应用

针对AUV深度控制,提出深度偏差转换为指令纵倾的算法,基于拉盖尔网络逼近的模型预测控制理论,设计了舵角舵速硬约束和纵倾软约束条件下的纵倾运动模型预测控制器。仿真结果表明,该控制方法具有良好的动态控制性能,并可快速处理多种约束条件的二次规划问题。     

中型AUV锂离子电池系统设计研究

中型AUV具有续航力强、载荷量大等优势,在长航程科学观测、大载荷搭载等任务领域有较好的应用前景。本文根据某中型AUV的任务需求和指标进行锂离子电池系统设计,基于21700圆柱电芯,对电池成组方案、焊接工艺、电路设计和BMS设计等进行研究,并进行了相关性能测试和分析。试验结果表明,21700圆柱电池在中型AUV锂离子电池系统中具有较好的适用性。     

AUV自主收放装置结构及控制系统设计

AUV技术对于提高海洋资源环境的勘测和开采效率具有重要意义。在AUV收放过程中,传统的回收方式是在母船上起吊回收,人为参与完成挂钩任务,这种方式受风浪的影响较大。为了提高AUV的使用保障能力,需要针对AUV的自主收放技术展开研究。基于AUV良好的实时性、连续性及可移动性的特点,本文设计一套AUV自主收放装置,可用于AUV的自动布放及回收。该装置由固定架、控制台、吊机装置、绞车、定滑轮、钢丝绳、收放架等组成。设计各部分的机械结构,并通过系统校核验证结构设计的合理性。同时,设计AUV收放存储装置控制系统,实现对机械液压执行器的精密控制、传感器的数据采集、系统状态参数显示、试验参数调整、工作状态监控和安全报警等功能,能够对控制系统的控制流程进行辅助判断和安全保障。解决了传统AUV收放技术的难题,提高了AUV收放的智能化水平。     

带有死区补偿的欠驱动AUV深度控制

由于舵桨联合操控的水下机器人舵机传动系统死区非线性的存在,严重影响了某水下机器人的深度控制效果。文章以该水下机器人为研究对象,同时考虑了其欠驱动的运动特性及外界有界干扰和模型参数摄动,设计了具有自适应补偿功能的PID控制器,利用Lyapunov稳定性理论,证明在该控制器作用下,该控制系统是全局稳定的。最后进行了仿真实验。实验结果表明该控制器具有很好的控制效果,是行之有效的。     

浮船坞控制系统的H∞控制研究

对船舶进入浮船坞的压载水舱分布及实时自动控制过程进行了分析。以船舶静力学为依据,分析了船舶下排浮船坞时浮态的计算方法,给出了浮船坞纵倾及吃水动态力学方程,得出了可用于实时控制的浮船坞状态方程。采用H∞控制中的闭环增益成形控制算法,对浮船坞控制系统进行了理论探讨和仿真研究。仿真结果表明M IMO非方阵闭环增益成形算法物理概念清晰,设计及求解过程简单,对浮船坞的控制具有较好的系统性能和鲁棒性能。     

新型自主水下航行器的运动控制研究与应用

针对与上海交通大学共同研制的ZY-1型自主水下航行器,本实验室承担了其动力推进装置设计与优化任务。本文首先综合水动力特性和新型后置推进器的设计,分析此新型AUV后置X型推进器的推力模型,对AUV在水平面与垂直面的运动方式和相应的控制算法进行阐述,并设计了PID控制器。接下来在搭建的实验平台上对PID控制参数进行整定。最终在拖曳水池试验中验证了所述方法的合理性,并且在后期的湖试中得到了满意的试航结果。     

AUV自救系统可靠性研究与实现

介绍自治水下机器人自救系统的研制与实现,选用低功耗单片机MSP430为核心控制芯片,以水声通信自救为基本自救方式;通过合理设定自主自救深度值在关键时刻实行深度自救;通过日历芯片PCF8563设置自主自救时间,时间延后于作业时间,当机器人遇到意外时能及时自救.整套系统参加过两次海试,效果良好.     

AUV水下对接装置的实现及试验

为实现自主式水下机器人(AUV)在水下进行能源补充,设计一种针对重型AUV的水下对接装置,采用直接接触充电方式,通过液压系统驱动首部推行机构、限位夹紧机构和水下插拔机构完成对接动作,模块程度高、充电效率高、数据传输能力强。其中AUV自身携带三角槽,通过定位销对三角槽的切向力以及轴向限位实现AUV六自由度姿态的校正,简单有效,而且降低了AUV入坞时的姿态要求。水池试验结果表明,该对接装置可稳定有效地调整AUV姿态,实现水下有线大功率充电,对接成功率高,工程应用价值高。     

积分变结构控制原理在AUV航向控制中的应用仿真

文章研究了积分变结构控制在自主水下机器人(AUV)航向控制系统中的应用,建立了AUV水平面的非线性模型,并在特定的工作点对模型进行了线性化处理,得到了AUV的控制设计线性模型.根据变结构控制理论设计了积分变结构控制器,并给出了消除抖振的方法.仿真试验验证了该设计方法的有效性.     

基于卷积神经网络的AUV水下识别算法设计与实现

自主式水下机器人(AUV)是应用于复杂海洋环境中的高智能化无人装备,其需要具备良好的环境感知能力进行自主导航,包括水下目标识别能力。随着人工智能的高速发展,卷积神经网络作为图像处理领域的深度学习架构,在图像特征提取和图像识别上有着强大的性能和卓越的优势。本文利用卷积神经网络,实现了自主式水下机器人水下目标的自主识别。同时,通过采用三段式全连接方式和增加卷积层深度的方式对卷积神经网络进行进一步改进,提高了卷积神经网络的训练速度、准确率和泛化能力。     

近壁面水动力干扰下的AUV运动控制研究

按自治式水下机器人(AUV)需要接近水下工作站并实现坐落的要求,依据平壁面对AUV水动力干扰的力学机理,建立了AUV在平壁面附近运动时的数学模型,并设计了五个自由度运动PID控制器.在海流影响下,通过系统仿真,实现了AUV的五自由度运动控制和准确坐落,仿真结果验证了控制策略的可行性.     

Design of an adaptive controller for dive-plane control of a torpedo-shaped AUV

Underwater vehicles operating in complex ocean conditions present difficulties in determining accurate dynamic models. To guarantee robustness against parameter uncertainty, an adaptive controller for dive-plane control, based on Lyapunov theory and back-stepping techniques, was proposed. In the closed-loop system, asymptotic tracking of the reference depth and pitch angle trajectories was accomplished. Simulation results were presented which show effective dive-plane control in spite of the uncertainties in the system parameters.     

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。     

Study of Fuzzy Neural Networks Model for System Condition Monitoring of AUV

A structure equivalent model of fuzzy-neural networks for system condition monitoring is proposed, whose outputs are the condition or the degree of fault occurring in some parts of the system. This network is composed of six layers of neurons, which represent the membership functions, fuzzy rules and outputs respectively. The structure parameters and weights are obtained by processing off-line learning, and the fuzzy rules are derived from the experience. The results of the computer simulation for the autonomous underwater vehicle condition monitoring based on this fuzzy-neural networks show that the network is efficient and feasible in gaining the condition information or the degree of fault of the two main propellers.     

基于CAN总线的水下机器人分布式控制系统

提出并实现了一种基于CAN总线的水下机器人分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,分布式控制系统可以很容易地接入功能模块而无须对现有硬件进行重新设计,具有更好的可扩展性;并且各个节点间采用数字信号通讯,具有很强的抗干扰能力。开发了基于工业控制计算机的半实物仿真系统,模拟执行机构节点和传感器的工作,接入已完成的自动驾驶仪节点和数据记录及故障检测节点,对控制系统进行实时仿真测试,测试结果验证了该分布式控制系统设计的可行性。     

水下潜器运动控制与仿真研究

水下潜器是一种非常重要的海洋开发装置,具有强耦合、非线性等特点。主要讨论水下无人潜器的自主定深和定位控制技术。文中根据潜器的6自由度运动方程,在充分考虑了水动力因素的基础上,使用Quasi-Lagrange方程建立潜器的数学模型,并将其分解为一系列相互关联的子系统。采用滑模控制方法用于潜器的定深控制,并对其他方向运动进行定位控制。滑模因控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高,并且不需要系统整体模型,被广泛应用于运动控制和非线性系统的控制中。通过计算机仿真,验证了该控制算法对水下潜器的运动控制效果良好、准确。     

高阶CMAC神经网络及其在水下机器人运动控制中的应用

对高阶ＣＭＡＣ神经网络的结构和工作原理进行了研究,提出了中间层作用函数地址的计算方法,给出了计算高阶基函数的不同方法,利用高阶ＭＣＡＣ神经网络对水下机器人模糊深度控制器进行了学习,仿真结果显示了不同高阶基函数ＭＣＡＣ网络的不同建模能力,证明了中间层作用函数地址的计算方法正确。     

用于目标检测和精确定位的水下机器人视觉系统

基于目标检测和精确定位的ＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）视觉系统是水下智能机器人感知水下环境信息、进行自主作业的关键技术。本文着重介绍了视觉系统的工作原理、模块结构、特征提取和目标检测与定位算法。最后给出了仿真试验结果,以说明系统工作的有效性和实用性。