一种多仿生机器鱼协作系统的设计与初步实现

多仿生机器鱼群体协作的研究是针对未来杂复。动态水下环境中多仿生机器人系统控制和协调作业的需要而开展的相关理论和关键技术的研究，本文依据多仿生机器鱼群体协作研究的要求，给出了一种多机器鱼协作系统的硬件体系结构，并在此结构基础上提出了多机器鱼协作实验仿真系统的设计方案，最终开发并初步实现了该仿真系统，并应用于本文提出的一种协作型机器鱼的CLB分层式控制结构的仿真研究中，该系统实现了环境可视化，过程图形化和算法加载动态化等功能，极大地方便了多机器鱼协作系统研究工作的开展。     

机器鱼近壁面波动推进的体表压强特性研究

为适应水下黑暗非结构作业环境,研究了仿生机器鱼近壁面波动推进的体表压强分布特性.理论分析了人工侧线法估计壁面效应和流场参数的可行性,建立了仿生机器鱼近壁面柔性波动推进的体表压强计算流体动力学耦合求解模型,提出了一种体表压强数据提取与处理方法,分析了靠壁距离、来流速度以及斯特劳哈尔数对仿生机器鱼体表压强分布的影响关系.结...     

基于红外传感器的仿生机器鱼自主避障控制

提出了一种集成多个红外传感器、具有避障能力的仿生机器鱼的设计及实现；根据避障任务的要求，设计了仿生机器鱼的8种基本运动，给出了一种智能控制方法用于仿生机器鱼的避障控制，实验结果表明了这种方法的有效性。     

基于分布式估计与模糊控制的多机器鱼编队控制

针对多仿生机器鱼编队控制问题,提出了一种分布式的分层控制方案。首先,各机器鱼以一致性算法为数据融合模块对编队中心位姿进行分布式估计,据此获得在编队中的期望位姿,作为路径规划模块的输入;其次,各机器鱼基于速度与方向模糊控制器,实时跟踪期望轨迹,形成和保持编队。所提方法实现了期望位置分布式估计与机器鱼个体路径规划的分离,为不同种类机器鱼的合作控制问题提供了新思路。实验结果表明了所提方法的有效性。     

机器鱼的运动仿真方法

采用轴变形方法模拟机器鱼的运动。根据用面元法计算的机器鱼水动力结果和垂直面内胸鳍的攻角与升力的关系,建立了机器鱼的运动模型,并采用轴变形方法模拟了机器鱼在水平面内的直航运动。根据仿真试验结果的误差可以认为,该方法实现的运动仿真与真实的鱼的运动基本一致,这对以后的工作有较大的指导意义。     

基于Matlab的机器金枪鱼巡游的动力学仿真

利用大摆幅细长体理论,结合水动力学理论、能量守恒原理及效率理论,并对经典叶素理论进行修正,研究仿生机器金枪鱼游动的力学机理。建立机器金枪鱼的运动学物理模型,推导出动力学方程和效率计算公式。通过MATLAB仿真软件数值求解动力学方程,获得机器金枪鱼的位移、速度和推进力随时间的变化关系。并进一步分析了仿生机器金枪鱼的运动学参数对游速、推进力和平均效率的影响,为如何提高水下推进器的游速、推进力和效率提出一些理论基础。     

基于模糊推理的人工鱼嗅觉感知研究

“人工鱼”利用人工生命方法实现计算机动画。为了丰富人工鱼的感知能力，提高对自然鱼的逼真动画效果，文章在分析“自然鱼”嗅觉机制、参考“机器鱼”感知系统的基础上，研究并实现了人工鱼的虚拟嗅觉感知．首先在人工鱼体系结构基础上建立了人工鱼嗅觉感知模型，并仿照生物嗅觉形成机理设计了三层嗅觉识别模型，采用基于主成分分析的模糊推理方法实现了嗅觉感知．经动画仿真，得到满意结果。嗅觉感知的研究和实现为人工鱼多感知融合系统提供了基础，也可为机器鱼嗅觉研究提供软件仿真平台。     

基于NSGA-Ⅱ的IPMC机器鱼动态多目标相容优化控制

实际控制问题中往往有多个控制目标需要兼顾,且多个目标通常情况下是冲突的。根据相邻控制步之间系统状态和控制输入的连续性,提出了一个基于NSGA-II的动态迭代多目标相容优化控制算法,并且这一算法有能力处理目标空间为非凸的控制问题和提高在线优化速度。考虑到IPMC驱动机器鱼在运行过程中能耗和速度两个关键且冲突的目标,建立IMPC驱动机器鱼的运动及能耗模型,将所提算法进行了应用。仿真结果表明了控制算法的有效性及其在慢复杂系统动态控制中的应用潜力。     

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人“仿生-Ⅰ”为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和“仿生-Ⅰ”水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。     

人工鱼多感知系统融合研究

人工鱼利用人工生命方法实现计算机动画,研究并实现了人工鱼的多感知融合系统。多感知是系统决策与行为的前提,首先利用多源注意力理论建立了人工鱼的多感知融合模型,并设计了感知权重分析器,并结合外部环境和内部状态对人工鱼的多感知行为进行了设计,最后给出了行为驱动的注意机制感知融合算法。经动画仿真,得到满意结果。多感知融合的研究和实现可为机器鱼及机器人的感知融合研究提供软件仿真平台。     

基于Matlab的四轮转向车辆操纵稳定性仿真研究

建立了四轮转向车辆操纵动力学模型，详细地描述了在Matlab环境下四轮转向车辆操纵稳定性的动态仿真过程，研究了转向的稳态和瞬态响应特性及其控制参数的影响，并与传统前轮转向车辆进行了比较分析．最后以零侧偏角为目标对控制参数进行了优化．研究结果可为评价四轮转向车辆的系统设计和控制律提供理论依据。     

风力发电模拟器的控制策略研究

为了解决在实验室里进行风力发电技术研究的问题,设计了风力发电模拟器。针对风力发电模拟器的特点,建立了执行元件的数学模型。采用无速度传感器直接转矩控制算法对模拟器进行控制。在风力发电模拟器上的仿真和实验结果表明,采用这种控制策略的感应电机的输出轴转速可以实时跟随风速给定信号的变化,并且迅速达到稳定,稳态精度很高,具有很好的动态性能。     

复杂系统多模型学习与控制优化设计方法

高品质控制系统应该具备稳、准、快特点,本文研究了多工况下复杂系统的高品质控制问题.首先,用模型族覆盖系统在不同工况下的动态行为,然后,以后验概率为协调变量,提出了多模型学习与控制优化算法,证明了在稳态情况下用本文方法设计的控制律等同于真实模型的控制律,同时,控制器不需要在多个模型间进行硬切换,是一种软切换策略,最后通过对两个例子的仿真,说明了算法的有效性.     

伸缩翼飞机变形飞行的建模与滑模变增益控制

研究了伸缩翼飞机变形飞行过程的动力学建模与鲁棒控制问题,以分析机翼变形对飞机性能的影响机理,并实现机翼变形时的平稳飞行。首先通过气动仿真分析构建了伸缩翼飞机气动参数与机翼变形的关联函数,进而建立了变形飞行的动力学模型。在此基础上提出了一种新的滑模变增益控制(sliding mode gain scheduled control,SMGSC)策略,更好地保证闭环系统的全局稳定和鲁棒性能。仿真结果表明,机翼伸缩能直接改变飞机的气动特性和运动模态;SMGSC能更好地保持伸缩翼飞机变形飞行时的状态稳定,并消除复合干扰的影响;伸缩翼飞机通过机翼变形可以减少50%的燃油消耗实现同样的飞行任务,具有重要的性能优势。     

基于横摆角速度的ABS整车控制方法的研究

ABS的控制策略一般都在单轮模型的基础上开发,显然这样的控制策略不能很好的满足汽车制动过程中的方向稳定性。在ABS逻辑门限控制策略的基础上给出了一种基于横摆角速度的ABS整车控制方法。结合14自由度的汽车动力学模型,利用数值仿真技术进行了ABS单轮控制策略、低选控制策略以及整车控制策略下汽车制动性能的分析,并从汽车制动效能以及方向稳定性等参数进行了各种控制策略的比较,结果表明控制方法不仅具有良好的制动效能,同时也有较好的方向稳定性。     

空空导弹控制系统鲁棒动态逆设计

将导弹动力学分离为快变状态动力学子系统和慢变状态动力学子系统,分别进行非线性动态逆控制设计。应用基于李雅普诺夫稳定性的鲁棒控制方法,设计出期望的慢变动力学和快变动力学,以保证动态逆控制系统对气动系数摄动的鲁棒稳定性。给出了通过构造动态反插值表,由力矩系数指令反解舵偏角指令的反插值方法。动态逆方法所需要的速度指令、滚动角指令及其一、二阶导数通过滤波器得到。对过载回路的稳定性问题和跟踪误差进行了定性分析,给出了过载回路的无静差设计方案,作为对动态逆的补充设计。给出了导弹控制系统六自由度数学仿真结果。     

一类具输入时滞的分布参数系统移动控制

基于移动传感器/执行器网络,研究了一类具有输入时滞的分布参数系统稳定性控制问题。利用抽象发展方程理论、算子半群理论和Lyapunov稳定性定理,设计系统的反馈控制器;再结合移动传感器/执行器的动力学行为,设计其控制力。证明了在反馈控制器和控制力的作用下,分布参数系统在具输入时滞情况下是渐近稳定的。通过数值仿真实验表明,不同的输入时滞,对系统的稳定效果有一定的影响,但在控制力的作用下,系统都能趋于稳态,说明本文中对于具有输入时滞的分布参数系统的控制策略是有效的。     

一类具输入时滞的分布参数系统移动控制

基于移动传感器/执行器网络,研究了一类具有输入时滞的分布参数系统稳定性控制问题。利用抽象发展方程理论、算子半群理论和Lyapunov稳定性定理,设计系统的反馈控制器;再结合移动传感器/执行器的动力学行为,设计其控制力。证明了在反馈控制器和控制力的作用下,分布参数系统在具输入时滞情况下是渐近稳定的。通过数值仿真实验表明,不同的输入时滞,对系统的稳定效果有一定的影响,但在控制力的作用下,系统都能趋于稳态,说明本文中对于具有输入时滞的分布参数系统的控制策略是有效的。     

基于IMM/EA的卫星姿态控制系统重构容错控制

研究了在轨卫星姿态控制系统发生可修复性故障状况下的系统重构容错控制。对于处于稳态的三轴稳定卫星,当姿态发生突变时,启动故障检测与诊断(FDD)子系统,采用交互式多模型(IMM)算法得到故障发生的位置以及故障模型,同时利用故障模型中的动力学系统进行特征结构配置(EA),生成重构控制器对原系统进行补偿控制。将FDD过程与重构控制器的设计过程结合,避免了单独设计FDD子系统然后再进行系统重构带来的计算量和时间延迟。最后通过数值仿真验证了该算法的有效性。     

Asynchronous Fuzzy Cognitive Networks Modeling and Control for Goethite Iron Precipitation Process

Goethite iron precipitation process is a key step in direct leaching process of zinc, whose aim is to remove ferrous ions from zinc sulphate solution. The process consists of several cascade reactors,and each of them contains complex chemical reactions featured by strong nonlinearity and large time delay. Therefore, it is hard to build up an accurate mathematical model to describe the dynamic changes in the process. In this paper, by studying the mechanism of these reactions and combining historical data and expert experience, the modeling method called asynchronous fuzzy cognitive networks(AFCN)is proposed to solve the various time delay problem. Moreover, the corresponding AFCN model for goethite iron precipitation process is established. To control the process according to fuzzy rules, the nonlinear Hebbian learning algorithm(NHL) terminal constraints is firstly adopted for weights learning.Then the model parameters of equilibrium intervals corresponding to different operating conditions can be calculated. Finally, the matrix meeting the expected value and the weight value of steady states is stored into fuzzy rules as prior knowledge. The simulation shows that the AFCN model for goethite iron precipitation process could precisely describe the dynamic changes in the system, and verifies the superiority of control method based on fuzzy rules.