四元数法在AUV六自由度仿真中的应用

AUV六自由度仿真几乎无一例外都是基于欧拉角方法来求解运动微分方程,这种方法可以很直观地得到AUV的位置和姿态角,不过在纵倾角±90°的情况下会产生奇异点,使仿真无法进行下去.为克服上述不足,采用了四元数法取代欧拉法.仿真结果表明,四元数法可以进行任意角度的仿真.     

基于未知声速的水下三维单信标定位模型

现有水下单信标定位通常考虑航行器在二维运动状态下建立动力学模型,但实际上航行器在三维状态下运动.针对其三维运动的特点,将水深作为新的状态变量,基于原有5个状态变量,提出一种新型水下单信标定位模型,并建立相应的过程噪声模型.使用仿真数据,对比新型水下单信标定位模型与传统模型,利用卡尔曼滤波输出评估2种模型的定位精度.仿真...     

大推力水下航行器运动偏移特性数学建模

水下航行器在维持深水域航行探测时需要大推力辅助,很容易产生运动偏移,为了提高水下航行器运动偏移特性数据分析的准确度,设计应用数学坐标建模思想,建立航行器偏移特性数学模型。引入地面坐标系和水下局部坐标系,建立整体坐标系概念,将航行器运行轨迹看做静态坐标变换过程,构建2项坐标转换方式,为了简化计算步骤,根据坐标系概念确定当前航行器水下流体微元,在浮力、环境力和重力引导下确定航行器运动方程表达式,依据运动方程表达式建立矢量控制模型,最终根据欧拉角关系速度矢量和偏转特性,解析控制模型,获取最终数据结果。实验数据表明,该分析模型法向阻力系数计算准确度提高了27%,切向阻力系数提高了22%,可以有效提高数据计算的准确度。     

基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制

基于LQG/LTR方法对水下航行器进行多变量鲁棒控制设计,解决在模型不确定及受到随机干扰情况下水下航行器的控制设计问题,使得水下航行器控制系统具有良好的鲁棒性和动态品质.对水下航行器非线性动力学模型进行仿真实验,仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

基于对偶四元数法的AUV运动仿真

本文应用对偶四元数法(Dual Quaternions)建立AUV六自由度运动学和动力学方程,然后运用数值积分对所建模型进行仿真.对偶四元数是对偶数与四元数在多维空间中的有机结合,它继承了四元数与对偶数的优点,可以在三维空间中统一表示刚体的旋转与平移,并且没有常规欧拉法存在的姿态奇异性问题.仿真结果表明,对偶四元数法表达形式简单而统一,特别适用于具有大姿态角度运动的AUV运动仿真.     

推力轴承结构形式对水下航行体振动与声辐射特性影响研究

针对带推力轴承结构的水下航行体,采用有限元与边界元耦合方法,建立水下航行体整艇流固耦合有限元模型以及水中边界元模型,利用ANSYS刚性域功能建立全舱壁式和半舱壁式两种推力轴承结构形式,计算他们所引起的整艇振动与声辐射特性,并且比较分析他们之间的差异.研究表明,全舱壁式推力轴承结构相比半舱壁式推力轴承结构有一定减振降噪效果.     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明:超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

高速航行体与运载器水面分离平面弹道数学仿真

基于势流理论计算水动力,求解线化的多体动力学方程,对高速航行体与运载器水面分离过程进行了二维弹道仿真.依据分离运动的特点,弹道仿真计及了适配器刚度和间隙、波浪扰动、流体作用力、助推器推力及分离内弹道过程,结合部分实验结果,给出了弹器分离运动的半经验半理论的计算分析方法.仿真研究考虑了航行体从水中发射到弹器完成水面分离的整个水下弹道过程.将仿真结果与模型实验结果进行了对比,验证了该方法的有效性.     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

基于四元数的船舶运动姿态仿真研究

在开发船舶三维运动仿真系统或处理三维运动试验数据时,经常需要操纵物体旋转或对运动姿态数据进行插值计算,如果采用基于欧拉角方法对运动物体进行旋转操纵或插值,会出现明显的错误。因此提出在仿真系统中利用四元数来表示运动物体的姿态,并基于四元数对运动姿态序列进行球面插值,同时提出了依据插值节点信息实现?π全角度的欧拉角转换方法,由此在船舶仿真中实现了船舶姿态变化光滑连续的合理效果。     

GM（1,1）与回归预测组合模型在结构剩余寿命预测中的应用

利用灰色灾变预测原理解决预测中的历史数据跳变问题,并利用回归方法对跳变点之间的情况加以预测。从而实现GM（1,1）预测和回归预测的有机结合。应用该方法对结构寿命进行预测分析,结果表明：该法可克服GM（1,1）模型和回归预测各自的缺陷,使预测结果更为精确。     

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。     

穿浪双体船纵向运动控制系统试验水池样机方案设计

穿浪双体船在风浪中高速航行时纵向运动性能恶化是影响其适航性和安全性的主要问题。本文提出一种拖曳水池试验样机研制方案,由船模姿态检测系统、控制与数据采集系统和伺服系统与执行机构三部分构成闭环控制系统。基于样机总体技术指标要求,给出了样机各部分技术指标要求和功能需求,并进行了初步设计。基于该方案研制的试验样机,能够在拖曳水池试验中验证基于穿浪双体船纵向运动控制系统原理的正确性和有效性。     

美国气垫登陆艇的技术发展及分析

基于美国气垫登陆艇(LCAC)的研制实情及其最近的延寿计划(SLEP)和其未来替代者——舰岸连接器(SSC)的发展趋势,对LCAC的快速性等总体性能进行计算和分析,并追踪LCAC有关新技术在芬兰T-2000艇与韩国LSF-II艇上的应用情况。     

阀门角度对蝶阀后双弯管流场影响的数值模拟研究

本文采用计算流体力学（CFD）数值模拟的方法,研究了不同阀门角度下蝶阀后双弯管模型中的复杂流动现象,并将数值计算的速度云图同流场实验测量结果进行对比验证。分析结果表明：数值计算结果同粒子图像速度场测量技术得到的速度云图基本吻合;阀门角度对流场的影响较大,阀门角度越小,阀板迎背流面的流体扩张也越不明显,模型最大速度减小：阀板前驻点逐渐向阀板迎流面边侧移动,一次分离区减小,而二次分离区先增大后减小;弯管中流体质点二次流、流动分离及流动剪切膨胀等是影响流场的重要因素。     

防空作战中相控阵雷达信息综合保障效能分析

舰载多功能相控阵雷达是舰载雷达发展过程中一项重大成就,已经成为现在也是将来雷达发展的主流。通过对相控阵雷达典型作战模型分析,构建相控阵雷达信息保障的层次结构,利用层次分析法对雷达信息保障效能进行评估,最后通过算例定量地说明了相控阵雷达具有较高信息保障能力。     

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.     

基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真

该文运用矢量方法对自主式水下航行器(AUV)近水面的六自由度运动方程进行了推导，得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型，并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真，在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。     

UWB技术在船舶避碰领域中的应用

超宽带（UWB）技术是一种当前短距离无线通信关键技术,以其高速率、高频谱利用率、低功耗和应用广泛等一系列优点受到各行各业的关注.论文利用UWB诸多优点,将其应用于船舶航行中的船舶定位和避碰,保证船舶海上航行安全.