小型无人艇集成控制系统设计与实验研究

针对传统无人艇控制系统集成度低、可靠性差、通信距离有限等问题和在运动控制中存在的艇身水动力系数不确定性,加上外界风浪流的干扰等非线性因素,设计开发了一种小型无人艇集成控制系统。首先详细阐述了该集成控制系统的硬件结构、软件工作模式、控制模型及运动控制算法,使用 Matlab/simulink工具箱进行速度、航向及深度的运动控制仿真实验。然后以自研的无人艇样机为实验对象进行下水实验。最终计算机仿真和实物下水试验结果表明,所设计的运动控制器不仅能实现艇上各传感器的数据采集与通信功能,下达和反馈运动控制指令的功能,也可以在一定外界干扰下跟踪运动控制中的期望目标,实现控制要求。     

单体小水线面水翼复合型高速船翼航状态运动稳定性研究

本文研究了单体小水线面水翼复合型高速船（ＨＹＳＷＡＳ）翼航状态的运动稳定性。运用航空领域中的飞行器运动稳定性理论,推导了ＨＹＳＷＡＳ翼航状态线化无因次小扰动运动方程及其特征方程,提出了基于特征根的运动稳定性评判方法及其品质指标,讨论了船舶惯性元素、运动导数以及吃水的变化对ＨＹＳＷＡＳ翼航状态运动稳定性的影响,得出了几点实用的结论,为该船型的研究和设计提供了一定的依据。     

超临界双体滑行艇

船舶在波浪中进入“超临界”航行状态 ,可以大幅度减小其运动响应。常规滑行艇的耐波性能很差。本文从机理上提出了使滑行艇进入“超临界”航行状态的途径 ,并从艇形选择和各种附加措施着手 ,提出适合工程应用的方案——超临界双体滑行艇。经理论计算与试验研究证实 ,其耐波性能有大幅度的改善 ,且阻力性能无明显恶化。     

基于智能预测控制的鱼雷状小型无人艇轨迹跟踪研究

[目的]针对无人艇（USV）在狭窄湖泊、涵洞作业时存在精度保持难和航迹控制难的问题,以自主研制的一款鱼雷状小型USV为对象,提出一种轨迹跟踪智能预测控制方法。[方法]首先,构建自主研制的欠驱动USV非线性状态空间模型;然后,设计智能预测控制器,该控制器基于模型预测控制的设计思想并结合改进的粒子群算法,在线决策、优化每一时刻的性能指标并纠正预测状态;最后,开展仿真和湖试试验测试系统对参考轨迹的跟踪性能,并与线性模型预测控制器的跟踪性能进行比较。[结果]结果表明,所设计的智能预测控制器超调小、抗干扰性好。[结论]所提方法不仅能运用于鱼雷状小型USV跟踪系统,也能对其他USV跟踪系统起到很好的借鉴作用。     

基于流固耦合的滑行艇局部结构强度分析

采用ANSYS Workbench软件建立了计及三维波浪载荷的单向流固耦合计算方法和分析流程进行滑行艇结构强度校核,对滑行艇波浪破碎的局部非线性现象有较好的捕捉效果。通过与规范公式计算结果对比表明,采用CFD方法计算的波浪载荷更为合理,能够体现滑行艇结构在不同位置所受载荷的特点,对艇体结构的校核更为精确,可为滑行艇的结构设计提供参考。     

水翼艇纵向运动多变量随机最优控制仿真

基于随机控制理论，针对全浸式水翼艇的多变量随机控制方法进行探讨，并着重分析水翼艇的纵向运动姿态的随机最优控制。首先，依据动力学原理对其运动方程的建立和线性化进行了推导。其次，利用线性卡尔曼滤波器对其纵向运动姿态进行估计，依据LOG性能指标构造了最优控制规律。通过施加控制前后状态的比较，可以看出，应用随机最优控制的方法，对水翼艇的纵向运动进行控制取得了良好的效果。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力研究

为研究滑行艇的航行阻力问题,首先建立滑行艇的几何模型,然后基于STAR-CCM+软件对其运动进行数值模拟。获得滑行艇航行时阻力随航速的变化规律,并将数值计算结果与试验值进行比较,得到的计算结果与试验值数据基本吻合。证明了在STAR-CCM+中能够有效模拟滑行艇运动的阻力性能,该方法对于文中的实例具有较高的准确性,可为滑行艇阻力的预报提供参考。     

X-bow和Z-bow应用于高速圆舭艇上的阻力性能研究

阐述了X-bow的设计理念,并在其基础上提出了一种新型船艏——Z-bow.以一艘高速圆舭艇为研究对象,为了降低其在高速航行时的兴波阻力和飞溅阻力,对其船艏形状进行重设计:分别应用X-bow和Z-bow.建立原方案、X-bow方案和Z-bow方案的三维模型,利用Maxsurf软件中的SIT法计算各Fr下的阻力值.对计算结果进行了比较和分析,证明了高速圆舭艇上采用X-bow和Z-bow在阻力性能方面的可行性,且Z-bow的阻力性能优于X-bow.     

水翼艇及其控制方法综述

作为高速船舶中的一种,水翼艇以其优异的快速性、耐波性、操纵性及经济性等特点得到广泛的发展和应用。本文首先概述了水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行了分析研究。重点总结了水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行了分类,对水翼艇的纵向控制方法研究进行了简要总结。最后,阐述了目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行了展望。     

长航程无人艇的导航-制导-控制系统

长航程无人艇是进行远距离海洋环境监测、目标探测的有效工具。高效能的导航-制孚-控制系统是无人艇提升续航能力的基础与前提。本项目围绕长航程无人艇的导航-制导-控制系统展开介绍,重点阐述导航、制导、控制三个子系统功能的实现方法以及现有方法在节约能耗方面的不足。最后针对长航程无人艇导航-制导-控制系统的总体架构提出展望,以期达到提升无人艇的整体续航能力与平衡无人艇航行安全与能量消耗的目标。