基于HLA可重构水下对抗仿真系统的设计与实现

HLA(High Level Architecture)是美国国防部推出的在高级分布仿真领域最新的通用集成体系结构，针对分布式水下对抗虚拟战场环境这一仿真应用，分析了构建水下多武器平台作战动态仿真使用的综合环境的需求和意义，提出采用基于高层体系结构HLA先进的建模、开发软件平台pRTI和仿真建模工具LabWorks来构建一个开放式、可扩展、可重构的水下对抗建模仿真综合环境的框架结构的设计方案。该对抗仿真系统可以通过目标系统重组方式进行多种不同对抗样式的水下战仿真结构。分析了该系统的功能、组成，提出了系统的工作流程、体系结构，探讨了系统实现过程中的建模、成员接口层框架设计等关键技术。     

基于时谐偶极子模型的舰船轴频电场特性分析

基于电磁建模方法,通过时谐偶极子模型在深海环境下产生的交变电场信号,对舰船的水下轴频电场进行仿真模拟。考察了舰船在不同测量深度上的电场分布特性,并对多种影响因素进行对比分析,为基于水下电场特征控制的舰船隐身提供理论基础和数据支撑。     

3D Trajectory Tracking Control Platform Design for Deep Sea Open-framed Remotely Operated Vehicle based on Hydrodynamics Test

由于深海潜水器的高研发成本和海洋环境的复杂性,文章设计并开发了一个深海潜水器近海底三维轨迹跟踪控制仿真平台,仿真平台主要包括海图数据处理、海底环境生成、水下机器人建模、轨迹跟踪仿真四个主要模块.建造了1:1.6的ROV缩尺比模型,通过VPMM和LAHPMM进行了模型水动力试验,获得了相关的水动力系数,并根据潜水器的结构布置特征,建立了5自由度的潜水器运动数学模型.在Windows操作系统VC++6.0集成环境下,通过OpenGL图形开发库,搭建了该仿真平台,并进行了初步调试,获得了比较理想的模拟效果.     

水下目标深度测量误差源分析

首先研究了在深海环境下,采用基于三阵元垂直线列阵的水声探测系统进行水下目标深度测量的基本原理.然后从随机误差和阵元配置偏差的角度,对水下目标深度测量的误差源进行了理论分析,并推导了相关公式.此外,对于相干多途水声信道干扰给水下目标深度测量精度的影响,也作了初步的理论分析.通过仿真实验,总结出各误差源对水下目标深度测量精度影响的规律,研究结果为进一步开展水下目标深度测量研究、提高测量精度奠定了基础.     

基于双阵纯方位的水下运动目标运动分析研究

单基阵纯方位水下目标运动分析需要基阵所在平台至少作一次机动,复杂多变的海战环境中,往往并不允许平台执行机动,故通常需利用多维信息对水下目标进行运动分析。本文基于双阵方位进行水下目标运动分析,目前相关公开文献中多是从仿真层面对该问题进行研究,本文在数值仿真的基础上,通过对海试数据的处理,从试验层面研究这一问题。文中采用最大似然估计法和扩展卡尔曼滤波方法进行双阵纯方位水下目标运动分析,通过数值仿真及海试数据的处理,验证算法的有效性。     

深海载人平台观察系统研究与设计

介绍水下摄像与照明装备以及观察窗的技术现状,围绕深海载人平台观察系统开展设计,阐述深海载人平台高清摄像与水下照明系统的布置及体系架构,给出深海载人平台观察窗的类型和材质,分析深海载人平台观察窗的照明条件和厚度,为深海载人平台观察系统的设计提供参考。     

基于双阵纯方位的水下运动目标运动分析研究

单基阵纯方位水下目标运动分析需要基阵所在平台至少作一次机动,复杂多变的海战环境中,往往并不允许平台执行机动,故通常需利用多维信息对水下目标进行运动分析.本文基于双阵方位进行水下目标运动分析,目前相关公开文献中多是从仿真层面对该问题进行研究,本文在数值仿真的基础上,通过对海试数据的处理,从试验层面研究这一问题.文中采用最大似然估计法和扩展卡尔曼滤波方法进行双阵纯方位水下目标运动分析,通过数值仿真及海试数据的处理,验证算法的有效性.     

深海作业平台燃料电池AIP液氧系统供氧仿真分析

针对目前以燃料电池为动力的深海作业平台供氧不稳定,液氧罐压力随着作业工况的不同波动较大,还未考虑燃料电池对液氧罐压力的影响等问题,以某型使用燃料电池为动力的深海作业平台为对象,建立从用氧端到储氧端的液氧系统供氧数学模型,以Matlab/Simulink软件为平台,根据不同工况下的功率及用氧量的变化,对液氧系统进行动态仿真分析。仿真结果表明,深海作业时,由所需电功率变化引起平台用氧量变化的过程中,仿真过程具有较好的稳定性和动态响应,液氧系统能够根据工况的不同为燃料电池及人员呼吸持续提供氧气,保证10人在水下持续作业20 d以上,可有效满足深海作业平台能够长时间全天候在深海作业的需求。     

水下张力腿平台液压驱动系统建模及控制研究

本文针对一种新型水下张力腿平台的液压驱动系统,开展了建模和控制技术研究。首先,介绍水下张力腿平台及液压驱动系统的功能及组成;其次,基于液压系统动力学模型和水下张力腿平台动力学模型,建立了包含综合不确定性且上界未知的关节空间驱动控制模型;再次,结合液压驱动系统控制要求及系统动力学模型特性,完成了自适应反演滑模控制器设计;最后,利用仿真工具,对本文研究内容的有效性进行验证。仿真结果表明,自适应反演滑模控制器的稳态精度高,抗干扰能力强,适用于液压驱动系统速度控制。该结果证明了本文的建模及控制技术研究合理且有效,为水下张力腿平台的有效控制奠定了基础,且可为同类产品的研究提供借鉴。     

水下碰撞对耐压壳体极限承载能力的影响

极限承载能力是考察深海装备耐压壳体结构稳定性的重要标志。具有自航能力的深海装备在水下作业时,存在着水下碰撞的可能性。这种在高应力状态下的冲击作用会对耐压壳体的极限承载能力产生很大的影响。本文基于有限元软件建立2种常见耐压壳体水下碰撞的仿真模型,计算碰撞前后耐压壳体的失稳临界载荷,重点讨论了碰撞速度对结构塑性变形和剩余强度因子的影响,所得结果可以为水下碰撞失效模式判断和深海装备自航安全性保证提供借鉴。     

微型开架式水下机器人水动力系数测定

水下机器人水动力系数的准确测定,是对机器人运动进行仿真和控制的前提。以形状复杂的开架式有缆水下机器人(ROV)作为研究对象,通过一系列水动力试验,计算出适用于开架式水下机器人模型的几个重要的实时水动力系数,为自主遥控水下机器人(ARV)的运动仿真提供了数据支撑,进而为ARV的控制奠定了基础。     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.     

小型水下机器人在复杂水下地形中的目标搜寻应用

针对水下目标搜寻工作所遇到的现实困难及搜寻作业的特点,提出一种在局部水域范围内基于小型ROV的水下小目标搜寻方案,以提高水下复杂地形中的目标搜寻效率。工程应用实践证明该方案具有高效率、低风险及低成本等特点。     

ROV空间运动仿真研究(英文)

In order to analyze the spatial maneuverability of the remotely operated underwater vehicle(ROV),the 6-DOF motion mathematic model of the ROV was founded.Hydrodynamics were analyzed by using the Taylor series.The thrusters on the ROV were discussed.This paper considers three cases of motion simulation:vertical motion,rotational motion and Z-shape motion.A series of simulation experiments showed that the 6-DOF motion mathematic model was correct and reliable,and also fit with the scene simulation.     

ROV attitude control based on multi-motor cooperative propulsion北大核心CSCD

[目的]为了提高遥控水下航行器(ROV)在复杂水下环境中的姿态控制性能,开展多电机协同推进的ROV姿态控制研究。[方法]首先,针对多电机系统的结构和算法,分别提出一种基于PID速度补偿器的偏差耦合结构和一种新型非奇异终端滑模控制(SMC)算法,并设计一种新颖的基于多电机协同推进的ROV姿态控制方法;然后,建立ROV的运动学和动力学模型,开展推进器组推力建模分析、解耦简化ROV动力学模型研究;最后,设计一种ROV滑模姿态控制器。[结果]仿真结果表明,所提的结构和算法可提高多电机系统的抗干扰性、同步性和快速响应能力,进而提高ROV姿态控制系统的稳定性与鲁棒性。[结论]所提方法可为ROV姿态控制提供一种新的可用方案。     

用于海底ROV在强流干扰下的一种自适应防走滑装置（英文）

This paper proposed a new concept of an adaptable multi-legged skid design for retro-fitting to a remotely-operated vehicle(ROV) during high tidal current underwater pipeline inspection. The sole reliance on propeller-driven propulsion for ROV is replaced with a proposed low cost biomimetic solution in the form of an attachable hexapod walking skid. The advantage of this adaptable walking skid is the high stability in positioning and endurances to strong current on the seabed environment. The computer simulation flow studies using Solidworks Flow Simulation shown that the skid attachment in different compensation postures caused at least four times increase in overall drag, and negative lift forces on the seabed ROV to achieve a better maneuvering and station keeping under the high current condition(from 0.5 m/s to 5.0 m/s). A graphical user interface is designed to interact with the user during robot-in-the-loop testing and kinematics simulation in the pool.     

An adaptable walking-skid for seabed ROV under strong current disturbance

This paper proposed a new concept of an adaptable multi-legged skid design for retro-fitting to a remotely-operated vehicle （ROV） during high tidal current underwater pipeline inspection. The sole reliance on propeller-driven propulsion for ROV is replaced with a proposed low cost biomimetic solution in the form of an attachable hexapod walking skid. The advantage of this adaptable walking skid is the high stability in positioning and endurances to strong current on the seabed environment. The computer simulation flow studies using Solidworks Flow Simulation shown that the skid attachment in different compensation postures caused at least four times increase in overall drag, and negative lift forces on the seabed ROV to achieve a better maneuvering and station keeping under the high current condition （from 0.5 m/s to 5.0 m/s）. A graphical user interface is designed to interact with the user during robot-in-the-loop testing and kinematics simulation in the pool.     

一种小型潜器模型参数估计方法与实验研究

潜器的位置控制性能对深海采矿取样过程有很大影响.本文针对小型潜器位置控制的需要,研究其动态模型参数辨识方法.以机械能守恒定理为基础,讨论了机械能增量在正交坐标下的分配量与外力作功的能量转换关系.利用这一关系与最小二乘法,以潜器纵向运动动态灰箱模型参数估计为例,建立了基于能量转换的潜器模型参数估计方程,并开展了实验研究.将海洋水下工程手册经验公式的计算结果与实验结果对比,验证了本方法的有效性.本方法物理意义明显,适用于作机械运动的线性与非线性系统辨识.     

国外无人潜器最新进展

综述了国外无人潜器的最新进展,包括HROV最新海试情况、KAIKO ROV最新海试进展、ROV携带AUV进行协同作业、AUV的模块化、智能化、商业化发展及新型AUV-水下滑翔机的最新进展及海试情况。     

8A4水下机器人控制系统

简要介绍了我国自行研制的８Ａ４水下机器人的主要特性、技术参数、控制结构等、以及为提高可靠性、可维性、实用性所采取的一系列措施、使之能在海洋工程中应用。