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.     

UUV走航CTD探测的航迹规划及控制方法研究

介绍了一种航迹规划与控制方法,使得无人水下航行器(UUV)能够使用CTD测量仪完成水下探测任务。详细介绍了所研究的UUV硬件系统体系结构,同时完成UUV水平面和垂直面的航迹规划,使其在满足UUV设计要求及CTD测量特性约束条件下能够完成水下探测任务。为了实现UUV在三维空间里较好的跟踪所规划的航迹,应用自抗扰控制(ADRC)技术,分别设计了自抗扰航向控制器和纵倾控制器。所研究的航迹规划与控制方法在UUV半实物试验中得以验证。     

基于预测控制的水下自航器抗海浪变深控制分析

水下自主航行器在近水面航行中存在着深度跟踪和姿态控制较为困难的问题。为此，首先建立了自主航行器的近水面三自由度运动数学模型，然后设计了无迹卡尔曼滤波器实现对系统状态的估计；接着，利用斯特林内插法在变动的工作点处对自主航行器模型进行近似线性化，并根据线性化后的模型设计预测控制器，实现自主航行器的变深运动控制。经过仿真实验，验证了滤波器对自主航行器近水面运动状态估计的准确性以及预测控制器在抗海浪扰动上的控制效果。仿真结果表明，带有无迹卡尔曼滤波器的预测控制器可以快速、准确的实现自主航行器的深度跟踪控制与姿态控制，且具有响应速度快，对外部扰动鲁棒性强的特点。     

海流对水下运载器航行安全的影响评估

海流对水下运载器航行有着重要的影响,是其确定航线,保证水下航行安全时的重要考虑因素之一.在分析海流对水下运载器航行安全影响机理的基础上,针对已有的评价标准进行改进,建立了新的评价标准并以此构建隶属函数.运用模糊数学的相关方法进行实例应用的仿真.结果表明,该方法可行且有效,评估结果可为水下运载器航行提供直观有效的参考依据.     

一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法

水下航迹是水中运动物体的重要参数之一,通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现,该方法采用声学定位原理,可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息,对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。     

自主水下航行器摆翼发电装置设计与仿真

针对自主水下航行器的发电系统,设计3种适用于摆翼发电装置的传动方案,并选出最佳方案.采用仿真软件STAR-CCM+对自主水下航行器在波面收集波浪能量进行仿真,获取发电系统的动力输入数据.设计换向增速齿轮箱,并采用软件ADAMS对齿轮箱进行仿真,以验证其工作原理.将波高0.5 m、波长5 m海况下的工作数据导入ADAMS中,获取动力输出数据.选择适合自主水下航行器的发电机,通过参数匹配得到发电系统的平均功率.     

滑模控制在水下航行器横滚姿态控制中的应用研究

水下航行器的横滚会使其纵向运动与侧向运动发生交连耦合,给其运动带来一系列不良后果.针对水下航行器航行环境复杂、模型参数摄动大、执行机构的饱和非线性等特点,采用滑模控制设计水下航行体横滚姿态控制器,以达到抑制和消除横滚的目的.仿真结果表明,滑模控制器操舵平滑,控制速度快,鲁棒性和环境适应能力更好.完全能胜任水下航行器横滚姿态控制的要求.     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制研究

提出了一种基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制器参数优化设计方法。针对水下航行器运动参数变化的特性,采用粒子群优化算法收敛速度快、寻优特性好等特点,将其应用到控制器参数的优化设计中。仿真结果表明,利用粒子群优化算法进行优化设计的水下航行器深度控制器具有良好的控制性能。     

水下航行体的改进S面运动控制器

为研究水下航行体的纵向速度对其余自由度运动所产生的影响及其自身所承受的静力学作用,在分析水下航行体运动模型的基础上,提出了一种改进S面运动控制器。该控制器不仅保留了常规S面控制器参数易于调整且结构简单的优点,同时还克服了常规S面控制器在水下航行体高速航行时运动控制效果差的缺点。引入李雅普诺夫函数对该控制器的稳定性进行分析,并将该控制器成功应用于水下航行体的运动控制。将改进S面运动控制器与常规S面控制器的试验结果进行对比,结果表明:改进S面运动控制器在水下航行体的运动控制方面具有可行性及有效性。     

基于声辐射模态的水下航行器传感器优化配置研究

本文研究当水下航行器外壳体振动传感器总数确定之后,如何利用这有限个数的传感器得到更多航行器壳体振动信息,从而更准确地评估航行器当前声隐身状态的问题。基于结合声辐射模态理论,给出传感器优化配置方法和步骤,并利用类似水下航行器的椭球壳体结构作为研究对象进行仿真,对该方法进行验证。研究结果表明,针对类椭球结构的水下航行器,低频段壳体传感器应布置在两端及中间位置。     

水下航行器热动力推进系统的非线性变结构控制仿真研究

在对水下航行器热动力推进系统非线性模型进行合理简化的基础上，首次采用趋近律法设计了水下航行器变速变深运动的动力推进系统变结构控制器，并进行了数字仿真，仿真结果表明，所设计的控制器控制精度高，抑制抖振效果显著，且该方法物理概念清晰，算法简单，易于实现，对水下航行器热动力推进系统控制的工况应用有实用价值。     

水下航行器执行机构故障诊断方法研究

针对水下航行器执行机构故障论断问题,建立了航行器推进器及舵等执行机构的偏差型故障模型和航行器水平面运动模型;设计了一种采用时变渐消因子实现的强跟踪滤波器算法,在线估计航行器状态及执行机构故障偏差,通过对残差进行分析,实现了对水下航行器执行机构的故障诊断。仿真试验验证了强跟踪滤波器在航行器执行机构故障诊断中的有效性。     

水下移动静默节点时间同步算法研究

针对同步式测距定位系统的时间同步难题,建立了时间同步误差模型。基于水下航行器在移动沉默状态下同单信标进行时间同步的限定条件,提出2种水下航行器在移动静默状态下同单信标进行时间同步的算法。建立了传播时延变化量同水下航行器运动状态的对应关系,利用单信标测距定位算法实现水下航行器定位的同时给出时间同步误差的估计。仿真结果表明:2种算法均能有效减小时间同步误差,且能容忍声速误差带来的测距误差。     

海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划研究

目前提出的水下目标追踪航行器轨迹规划方法,抗干扰能力差,导致规划结果实时性较差。为解决该问题,提出海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划方法。确定水下航行器轨迹控制理论,构建控制模型。设置定位矩阵,分析定位精度,同时研究位置、纵向速度、旋转角速度以及横向速度,并设置实时规划方案。实验结果表明,给出的海流随机干扰下水下目标追踪航行器轨迹实时规划方法能够有效提高抗干扰能力,增强规划结果的实时性。     

基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划

针对水下自主航行器(AUV)在水下复杂环境下的路径规划问题,提出改进人工势场法的路径规划算法.在传统人工势场法的基础上,提出考虑避障半径的斥力场函数方法,进一步优化规划路径.通过设置子目标点法和距离比较法,有效解决二维和三维空间下的局部最小值点问题和目标不可达问题.通过仿真对比验证提出的基于改进人工势场法的水下自主航行器路径规划算法的有效性.     

基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。     

水下航行器组合导航蔽障控制器的设计与实现

为了提高水下航行器的蔽障性能,进行组合导航蔽障控制器优化设计。针对水下航行器导航中容易出现横滚误差的问题,提出一种基于横滚小扰动误差补偿的组合导航蔽障控制算法,构建水下航行器组合导航蔽障控制对象模型,进行控制约束参量分析,设计组合导航蔽障的运动方程和控制目标函数,采用小扰动误差补偿方法进行横滚误差抑制,提高控制精度,在纵向运动的弹道模型下实现控制器的优化设计。仿真结果表明,采用该控制方法进行水下航行器组合导航蔽障控制的误差较小,收敛性和鲁棒性较好,性能优越。