海流作用下的载人潜水器作业动力学建模与仿真研究

载人潜水器在深海复杂环境下进行作业时,常受到海流的干扰.当进行采样作业时,机械手的运动也会对潜水器主体的姿态产生干扰.为了提高载人潜水器作业水平,以某型载人潜水器为研究对象,建立了海流作用下机械手运动时的载人潜水器动力学模型,对海流作用在潜水器上的水动力进行了仿真分析,研究了海流作用下机械手作业对潜水器运动特性与姿态的...     

海流作用下潜水器运动仿真研究

深海潜水器仿真模拟器成为预报深海潜水器运动的有效工具。深海作业环境复杂,深潜器常常受到海流的干扰作用,本文以某深海潜水器为研究对象,建立海流作用下的深海潜水器运动方程。在仿真过程中,通过MFC对话框可输入干扰海流的信息,从而可模拟研究深潜器在实际航行中遇到海流的运动响应。本文对海流干扰下的直航运动和回转运动进行仿真,通过和无海流工况下的运动进行比较,可以看出海流对横向运动影响较大,为避免横向漂移,深海潜水器顶流航行,可降低海流的影响;海流干扰下的回转轨迹相对静水中产生了较大的横移,但海流对回转直径的影响不显著。该研究可为实际操纵提供参考,具有一定的工程意义。     

深海潜水器运动操纵仿真研究

为研究深海潜水器水下运动特性,对某深潜器水下空间运动开展仿真研究。本文给出了深海潜水器六自由度运动方程,基于C++自编程序解算潜水器运动方程,MFC对话框显示潜器重要参数,完成了深海潜水器运动仿真软件的开发,并对回转运动以及定深下的回转运动进行仿真研究。研究结果表明：该深潜器具备良好的空间机动性,由于外形上下不对称而导致产生向上的微弱水动力特性;定深状态下的回转直径相对较小,反映出垂向诱导水动力对回转直径的干扰影响,通过定深控制可保证深潜器能够较好地完成水平面回转运动作业。     

"海龙-3500"深海潜水器的变长缆运动建模与仿真

仿真并分析了“海龙-3500”深海潜水器(ROV)出中继器后的运动过程。考虑海流的影响,ROV的建模采用通用的动力学模型,轻缆的建模采用凝聚参数法。结果表明,设定的放缆方案是合理的,可作实际操作参考。提供的缆和ROV系统的仿真算法,可用作实际操作前的模拟计算。     

深海载人潜水器的运动仿真与试验验证

深海载人潜水器是海洋开发的前沿与制高点之一,其外形较大且复杂,因而动力学模型高度非线性耦合。以"蛟龙"号载人潜水器为研究对象,建立运动学和动力学模型,首次采用"蛟龙"号在太平洋试验数据对其模型进行仿真计算验证。通过模型仿真结果与实际的下潜数据进行反馈对比,验证其六自由度模型。研究结果可为复杂外形深海潜器的运动仿真、控制调试和航行监测提供参考,具有一定的工程价值。     

带缆遥控潜水器空间运动仿真

本文建立了带缆遥控潜水器（ＴＲＯＶ）的空间非线性数学模型，耦合求解了在脐带非线性缆力作用下的潜器运动方程，改变了传统的准静态附加缆力计算方法。动态缆力的模拟结果与实验吻合良好。还进行了多种典型运动的模拟计算，讨论了作业宽度、系缆点位置和水面激励等因素对系统的性能的影响。     

多舰协同螺旋应召搜潜建模与仿真

基于舰载舰壳声呐搜潜原理及舰艇协同应召螺旋搜潜战术,建立了在潜艇初始位置已知、航向及航速未知的条件下,多舰利用舰壳声呐对潜艇目标搜索的数学模型,基于已建搜索模型及假定的潜艇运动模型,采用蒙特卡洛方法,仿真分析了相同条件、不同潜艇运动模型下,潜艇初始航向角、潜艇初始航向角选定后航向变化次数、航段搜索时间、航段最佳搜索时间等因素对搜潜概率的影响,并进行了分析比较。仿真结果表明,不同目标运动态势对搜索概率均具有较大影响,在对潜艇进行搜索时,只有根据对潜艇目标运动态势的感知程度合理选择搜索模式,才能提高搜索效率。     

潜水器大攻角范围内运动的仿真

对于只靠剩余浮力(含负浮力)作用的潜水器垂直面内下潜、上浮运动,将会出现攻角α在±120.内变化.此时进行运动性能研究,潜水器所受流体动力无法用传统的多项式表达方式表示.本文提出了直接利用流体动力试验结果,无需将其用多项式数学描述,借助于MATLAB/Simulink仿真技术,可方便地进行潜水器运动的仿真.     

基于模糊神经网络的海浪中舰船多自由度运动建模方法研究

基于切片理论计算在诸规则波中的舰船多自由度运动响应，并以此为样本训练模糊神经网络，最终建立起一种新的舰船在随机波浪中的多自由度运动模型，并通过算例验证该方法的实用性和可靠性。     

海上拖带系统4自由度建模与仿真

采用MMG船舶运动数学模型的建模思想,建立拖船和被拖船的四自由度运动数学模型,并采用基于悬链理论的拖缆张力数学模型,组成船舶海上拖带系统.以11 480 kW的拖船和27 000 t的成品油船为例,利用MAT-LAB 工具进行静水中改向和旋回仿真模拟,给出拖带系统在不同改向角和舵角下的航迹、艏向、航速.横摇角以及拖缆张力变化的仿真结果.根据仿真结果研究分析拖带系统的运动规律,模拟结果对于提高海上船舶拖带的安全具有指导意义.     

舰船锚泊运动与六自由度操纵的数学建模研究

锚泊运动是舰船正常运行时必不可少的运动,当船舶在海上或港口停泊时,都需要借助锚链等进行舰船的定位。由于舰船在海上锚泊时会受到海风、海浪和洋流等作用力,导致锚泊的稳定性、安全性下降,不仅影响舰船的海上定位和作业,还有可能导致严重的事故。因此,研究舰船在多种因素下的锚泊运动具有重要的意义。船舶的锚泊性能与其在海浪中的六自由度运动息息相关,本文利用流体动力学原理建立了舰船锚泊运动的动力学模型,同时建立了非线性波浪力的数学模型,并在此基础上研究了舰船锚泊运动和六自由度操纵运动。本研究主要应用于舰船在恶劣条件下的安全锚泊,并提高舰船的操纵灵活性。     

基于载人潜水器的深海敷缆运动仿真

提出了基于载人潜水器搭载海底敷缆装置的深海敷缆作业方式,建立了载人潜水器深海敷缆运动的二维稳态模型,仿真分析了余量敷缆时不同航行速度和放缆速度组合、潜水器相对海流速度、敷设余量、航行高度和海缆重量等参数对敷缆运动的影响。分析发现海缆张力随着敷设速度、潜水器相对海流速度、海缆重量的增大而增大,随着敷设余量的增大而减小;海缆水中位形曲线随着敷设速度、潜水器相对海流速度增大而趋于平缓,随着海缆重量的增大而更加陡峭,放缆速度的变化则对海缆位形曲线无影响;潜水器航行高度的变化对缆形和张力分布都没有影响,只是随着高度的增加,缆形和张力在原来的高度基础上有一定的延伸。     

六自由度摇摆台反解建模与仿真

六自由度摇摆台(6-DOF)在模拟自然界空间位置起伏变化中发挥重要作用,具有非线性、强耦合、多变量特点,分析六自由度并联摇摆台运动特性和液压缸的缸长变化规律,更好地完善其控制策略,从而达到控制性能的目标,获得良好的控制效果.文中通过反解算法,推导6-DOF位姿,在MATLAB/Simulink中对摇摆台位姿进行反解建模与仿真分析,获得了液压缸的缸长变化曲线,并与试验台监控的液压缸长度进行对比,验证了反解算法的实用性,对6-DOF控制系统的建立提供重要的参考价值.     

气垫船操纵运动建模与仿真

较详细地论述了有关气垫船操纵运动的建模方法和过程,给出了仿真流程,并对弗劳德数0.456～1.064、舵角 -10°～-20°、风速0 kn～25 kn、风向0°～360°范围内的回转运动进行了实时仿真试验,给出了典型的仿真实验结果,分析了气垫船操纵运动过程中的侧漂、内倾以及风力的影响等.该模型已成功应用于半实物仿真及分析 .     

面向船舶分段流水线的多工位协同作业建模技术

为实现船舶分段制造的流水化生产,提高生产效率,提出一种针对车间级的多工位协同制造控制系统,实现针对工位级的精确作业计划。通过分析分段制造工艺数据流、多工位协同作业的特点和关键协同数据,建立以月度生产计划总工期最短为目标的多工位协同作业数学模型。通过搭建仿真验证平台,以上海某船厂的实际案例数据为基础,充分验证模型的正确性,为多工位协同控制系统的建立提供理论依据。     

船舶旋回运动的建模与仿真

系统建模与仿真是当今现代科学技术研究的主要内容,其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本文以一般系统理论为基础,介绍了适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和方法。并在已有的成熟的系统建模与仿真理论及现有的船舶运动数学模型的基础上,利用计算机编程平台VB6.0余以实现。该模拟软件具有参数设置简单、对计算机系统要求低等优点,可以作为港航系统仿真系统中的船舶生成模块使用。     

可回转多桨推进无人船的运动建模与仿真

可回转多桨推进因机动性好、控制效率高成为无人船重要的推进方式,但其运动控制相对复杂,须对其运动模型进行深入研究。在可回转双桨电力推进船舶的研究基础上,根据船舶分离型运动建模方法,分析可回转四桨推进无人船的运动规律及其在纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转四桨船舶的推进与回转运动模型,导出无人船运动线性响应方程。选取了4种典型的螺旋桨组合工况：(1)仅船首两桨工作;(2)仅船尾两桨工作;(3)四桨同时工作;(4)仅右舷两桨工作。通过计算机数值仿真,对比了不同工况下无人船的回转能力。仿真结果表明,无人船在工况(4)下的回转能力最佳,回转半径约为8 m;在工况(1)下的回转能力最差,回转半径约为50 m。最后通过试验验证了该运动模型的有效性。     

潜水器多学科设计中的多目标协同优化方法

针对潜水器设计中涉及多个学科的耦合以及数据信息量大、数据关系复杂的问题,文章介绍了一种新的多目标协同优化算法.该方法将Pareto遗传算法(PGA)引入协同优化框架,二者的有机结合充分发挥各自的优势,该方法利用协同方法的分解协调机制将复杂系统的设计问题分解为一个系统级优化问题和几个学科级优化问题.采用PGA作为系统级优化器,不仅可以得到能够反映多目标优化问题实质的、客观的Pareto解集,而且,由于PGA是无需梯度信息的直接搜索算法,从而从根本上消除了协同优化由系统层一致性约束条件引起的收敛困难问题.在PGA与协同优化框架结合的过程中,采用目标函数的归一化处理、分级罚函数法、浮点数编码、群体分级和Paveto解集过滤器等技术提高算法的计算效率和可靠性,并通过一个数学算例和一个载人潜水器的例子证明了多目标协同优化算法的有效性.     

防空武器协同交战误差分析与建模仿真研究

针对武器网络化防空反导的作战样式,研究了跨平台协同交战中武器系统作战过程中主要影响因素,分析了作战过程各环节误差源,建立误差传递数学模型,基于误差理论推导了制导雷达对准理论的最大绝对误差计算公式,并结合典型作战场景进行了仿真分析,为导弹武器跨平台协同交战的可行性提供参考。     

自治潜水器作业安全风险因子研究

自治潜水器（AUV）是一类能够自主在海洋中航行和作业的潜水器,能够替代人类在水下危险的环境下,安全可靠地完成科学考察、环境探测和作业等任务。为实现水下大范围作业,AUV主要通过自带能源,可以长期脱离母船及人工控制开展自主化作业,也导致其丢失现象频发。本文通过分析AUV丢失案例,制定全寿命剖面和典型任务剖面,依据剖面分析AUV应用全寿命阶段的安全风险因子,阐述可能带来的风险,评估危害程度。安全风险因子的分析对于AUV安全性设计及应用防控策略的研究具有重要参考意义。