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。     

一种水面无人艇拖线阵自主收放系统设计

任务载荷的自主收放是无人船搭载任务载荷完成海洋探测任务的关键,本文设计一种无人船拖线阵自主收放系统,从总体设计、机械结构、液压驱动、自主控制等方面做全面阐述。海上试验证明,该收放系统能够在无人船海上机动时,安全可靠地实现大缆长变直径拖线阵的自主收放、存储、拖曳等功能,在无人干预下可自主实现拖线阵的可靠释放和回收,为我国无人船开展声学探测任务奠定了技术基础。     

研制船用单臂回转型小艇收放装置的关键技术

由于传统的小艇收放装置性能不能满足高海况下安全收放的需要,使得安全事故频发,所以国际救生设备规则修正案提出了新的要求。根据这些最新要求,采用船舶运动补偿等技术,设计相应的辅助机构,使某型单臂回转型小艇收放装置具有减摆、波浪补偿、减震缓冲等功能,可以保证在四级海况下安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作。     

全驱动型AUV三维路径跟踪控制系统设计及分析

[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"探海I型"全驱动型AUV系统组成,研究并建立该AUV推进器、水平面和垂直面控制的数学模型,设计一种新颖的智能积分S面三维路径跟踪控制器,分析设计的控制系统的稳定性,并通过仿真及湖上试验进行验证。[结果]结果表明所开发的AUV运行可靠,设计的控制器能较好地完成三维路径跟踪任务,可满足水下实际任务的需求,[结论]其三维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应用具有借鉴意义。     

AUV控制系统试验平台

随着AUV(自主式潜器)技术的不断发展,对其自主性能的要求越来越高.AUV控制系统试验平台可以实现各种自主控制、动态控制算法及软件的系统集成.文章以能够自主完成地形勘察使命的AUV为研究对象,设计了AUV控制系统试验平台,对AUV控制系统硬件系统和基于行为仲裁的分层递阶软件系统做了较全面的介绍,利用QNX操作系统的多线程和消息传递技术实现了任务协调算法.在半实物试验平台上进行的地形勘察使命仿真结果验证了控制系统试验平台硬件结构合理,算法及软件集成可实现.     

自主水下航行器内部通讯总线设计

设计了基于CAN、RS422/232通信协议的AUV内部通讯总线系统,系统使用的中央控制单元通信板具有模块化、可配置性强等特点,满足AUV系统对其内部通讯总线的开放性要求;自主水下航行器由若干个执行机构组成,对应于不同的CAN总线节点,用CAN总线构成分布式控制系统取代集中式控制系统,从而实现实时通信,试验结果表明,该总线结构可使AUV系统的通信电缆得到有效精简,并使AUV系统获得较好的通信性能。     

无人水面艇收放技术发展趋势探讨

无人水面艇(USV)是当前无人系统研究的热点领域之一,由于USV收放技术涉及到回收引导、对接、挂脱钩等难点而成为目前的前沿研究课题。通过收集整理国内外现有及在研USV的收放技术要点,归纳出USV收放操作过程通常采用吊放式、艉滑道式、坞舱式3种收放装置。在此基础上,从设备配置、空间需求、波浪影响、母船航速、适应海况、操作情况和收放耗时等方面,分别对上述3种USV收放技术进行对比分析,得出艉滑道式收放技术更适合于USV收放需要的结论。同时,指出当前USV及其收放装置在实现自主收放时需要开展的实用化研究方向,期望能对USV及其收放技术的发展起到一定的指导作用。     

深水AUV安全系统的设计与实现

安全性是AUV(Autonomous Underwater Vehicle)系统研究的重要内容。为解决传统设计只能对预先估计和实时监测故障作出反应等问题,依托实体深水AUV,设计出一套新的安全系统,构建主控单元和应急模块的安全冗余结构。主控单元选用基于PC/104总线的工控机设计,应急模块采用C8051F410设计。大量模拟故障仿真实验和AUV实际下水实验表明,该安全系统不仅扩大了故障或危险的应对范围,而且将各应急情况下AUV的抛载执行率提高至100%,可有效保障AUV系统的安全。     

浅谈大型AUV的布放回收

本文结合自主式无缆潜航器(AUV)在深远海搜寻救助领域的应用,以"南海救102"号船为例,介绍了AUV的布放回收系统,通过对布放回收系统的组成、结构和功能分析,以及应用过程中出现问题,为大型AUV布放回收系统的使用、维护和保养等提出建议,同时也可以为今后AUV布放回收系统的设计作为参考。     

尾滑道式船载小艇收放系统的研发及应用

尾滑道式小艇收放是国内的一种新型船载小艇收放技术,与传统小艇收放方式相比,具有收放艇快速、安全、可在较高海情下操作等明显优势.文章介绍了国内首创的尾滑道式船载小艇收放系统的设计、试验、使用特点和广泛应用前景.     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

水下拖曳体自主布放回收装置设计与研究

为了保证搭载于水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle)的水下拖曳体(Underwater Towed Vehicle)能够正常工作,并且能够自主布放和回收水下拖曳体,设计了一种基于无人水面艇的水下拖曳体自主布放回收装置。该装置主要包括绞车、液压系统、滑台、滑轨、起升架以及其他辅助机构,通过液压驱动绞车实现缆绳的收放,通过液压缸驱动起升架、滑轨和滑台实现3级布放回收。整套装置采用液压驱动,滑道式布放回收,该自主布放回收装置可靠性高,占用甲板空间小,满足无人条件下作业,提高了工作效率,工程应用价值高。     

某型AUV运载器的定位方法与误差分析

传统AUV依靠水下惯性导航设备自主定位的方法无法实时进行水下信息感知和系统控制。水声定位是AUV定位导航技术的一个研究领域,可用于水下运动目标定位与导航、水下静止目标勘测等。本文分析阐述三种经典AUV定位方法,进一步研究AUV快速定位解算原理,论证影响AUV运载器在深海工作时产生的定位误差来源并进行仿真试验分析,最终将研究成果应用在目前现有某型AUV运载器上,实现自身水下定位、导航与远程遥控。     

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.     

欠驱动自主水下航行器的镇定及跟踪

针对仅带有轴向推力及偏航力矩的欠驱动自主水下航行器（AUV）,研究了其在水平面内的轨迹跟踪及定点调节问题。基于Lyapunov直接法及串接一反步技术,通过采用一种带有动力学震荡器的跟踪误差变换,设计了一种统一的连续时变状态反馈控制律,并给出了参数自适应更新律以估计AUV的非线性阻力参数,使得AUV的位置及方向角的跟踪误差全局渐近收敛于零点左右的一个邻域内,该区域可以为任意小,并且,AUV的跟踪性能与外界干扰的大小无关。仿真结果证明所提出的方法是有效的。     

基于EKF的AUV协同定位方法仿真与验证

自主水下航行器（AUV）协同导航定位技术是解决复杂作业环境下导航问题的重要途径,研究了单领航艇的主从式多AUV基于扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的协同到导航定位问题。AUV协同定位时,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部配有测距装置,舰艇间是通过通信装置来交换自身位置和状态信息并同时测量通信双方的相对距离,通过信息融合对自身定位进行修正,利用EKF算法对系统中传感器所传递信息进行融合,对从AUV进行实时定位。通过仿真验证此算法可以显著提高导航定位精度。     

深水AUV电子海图监测系统设计与实现

针对深水AUV在对未知海域进行勘测时高风险性的问题,设计了一套深水AUV电子海图监测系统。该系统基于LabVIEW软件平台,采用与GIS(地理信息系统)、数据库技术相结合的开发方法,可实现AUV在测量过程中的声学通讯、定位追踪、航迹显示及通讯日志记录等功能。经测试,该系统能实时记录航行参数,并实现对异常情况报警处理,一定程度降低运行风险,提高整机系统可靠性。     

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I...     

两层分级多学科设计框架在AUV的总体设计中的应用

将多学科优化方法作为一种新的设计方法应用于AUV的总体性能优化设计中.文中构建顶层控制系统层和并行独立子系统底层的两层分级的多学科优化设计框架,来实现AUV总体设计的有效载荷部分长度和推进力最大化和总重量最小化等的多个设计目标.使用的设计工具为商业软件iSIGHT和Fortran.