未知海流干扰下自主水下航行器位置跟踪控制策略研究

针对存在参数不确定性的欠驱动自主水下航行器 (AUV)水平面位置跟踪控制问题,基于李雅普诺夫理论,利用反步法设计了一种非线性控制器。利用自适应控制技术对模型本身不确定性进行补偿,同时引入自适应模糊控制技术对非线性控制器进行优化;设计了一种针对于缓慢未知时变海流的指数收敛观测器,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个AUV闭环控制系统的稳定性。针对一种新型飞翼式欠驱动AUV进行数值仿真,结果表明所设计控制器可以准确地对期望轨迹进行跟踪,证明了其有效性和鲁棒性。     

基于ADAMS仿真的自主水下机器人入坞碰撞分析与导向结构优化研究

结合自主水下机器人(AUV)于千岛湖水下对接试验,对自主研制的水下对接装置导向性能进行研究。在分析AUV水下受力状况和接触碰撞参数基础上,建立AUV入坞碰撞过程的ADAMS物理仿真模型,通过比较试验结果和仿真结果中AUV姿态和前向速度的变化,验证仿真模型的有效性。从AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面分别探讨凸形罩、锥形罩和凹形罩3种典 型导向结构的导向能力,分析对比仿真结果,对导向罩母线曲率进行改进设计与优化、得到S形罩。 多次仿真发现：在AUV入坞姿态相同条件下,S形罩能够调整的AUV入坞偏距最大为100 cm,比凸形罩提高20 cm;S形罩能够调整的AUV入坞偏角最大为22°,比凸形罩降低1°;但S形罩产 生的碰撞力和AUV入坞时间都有所下降,调整AUV运动趋势效果明显改善。在水池对凸形罩和S形罩分别进行AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面试验,结果表明S形罩的导向性能有明显改善。     

双领航多自主水下航行器移动长基线定位最优队形研究

基于距离量测提出了多自主水下航行器 (AUV) 移动长基线定位系统,融合内部与外部传感信息进行从AUV水下定位。针对定位系统中AUV队形对定位性能造成的影响,基于Cramer-Rao下界(CRLB) 和Fisher信息阵(FIM) 建立了多AUV移动长基线定位系统定位性能评价函数,通过评价函数极大化实现定位性能最优化。重点研究了双领航者定位系统的最优队形,其最优队形为两个领航AUV与从AUV以90°分离角相对运动,且最优队形与AUV间的距离无关。仿真实验分别从间距及分离角两个方面对结论进行了验证。     

自主水下航行器回收过程中螺旋桨推力特性分析

在自主水下航行器 (AUV) 水下回收过程中,螺旋桨的推力特性对AUV的稳定性控制及安全性能等影响非常明显。主要基于计算流体力学方法,采用多块混合网格技术结合RNG k-ε湍流模型,对AUV在不同回收工况下的螺旋桨推力特性展开数值模拟。建立AUV及螺旋桨的三维几何模型;基于多块混合网格方法对计算域进行空间离散,同时采用动网格技术实现螺旋桨与回收管的相对运动及自身旋转运动;利用有限体积法展开数值计算。基于计算数据与试验数据的对比及数值无关性测试,表明所使用的多块混合网格方法能够对AUV回收过程螺旋桨推力特性进行准确计算,为AUV水下回收过程的控制及安全性能评估能够提供理论参考。     

基于径向基函数神经网络辅助容积卡尔曼滤波的多自主水下航行器协同定位方法

在多自主水下航行器(AUV)协同定位系统中,针对协同定位性能受到系统内部和外部等多种因素制约的问题,提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络辅助容积卡尔曼滤波(CKF)的多AUV协同定位方法。当基准参考位置可用时,通过非线性CKF得到滤波新息、预测误差和滤波增益作为RBF神经网络输入层的输入,滤波误差值作为输出对RBF神经网络进行训练;当基准信号中断时,利用训练好的RBF神经网络,对CKF的滤波状态估计值进行补偿,进而得到新的估计状态。利用湖试数据,模拟多AUV协同定位系统输入存在误差情况下的协同定位实验。实验结果表明,所提方法与无RBF辅助的CKF方法相比,平均定位误差减小70%,具有更好的准确性和稳定性。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

水下拖曳系统中拖曳缆设计问题探讨

在水下拖曳系统中,拖曳缆实现了水下拖体与拖曳平台之间的连接,承担着电力传输、信号传输以及承载拖曳力等功能。从实现拖曳缆这三方面功能的角度出发,简要地介绍了拖曳缆设计时的一般思路和方法以及应注意的问题。     

自主水下航行体落点精度评估方法

针对自主水下航行体(AUV)落点精度的评估问题,结合其一般难以组织大量全航程试验的工程实际,提出了在AUV进行弹道折合的情况下一种新的序贯评估方案,对在引入弹道折合误差后对双方的风险(犯2类错误的概率)造成一定的影响进行了分析.该方法可以在AUV不进行全航程试射的条件下对其落点精度进行评估,减少了试验成本.仿真算例表明,论文提出的方法简捷有效,在工程实践中具有较好的实用价值.     

一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究

针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法.通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法....     

自主式水下航行器控制技术新进展

自主式水下航行器是一个复杂的智能化机电系统，是能够在复杂的海洋环境中自主执行各种任务的无人平台。近年来，自主式水下航行器（AUV）控制技术取得了长足进展，本文较全面概括了近年来国内外在AUV控制技术领域的最新进展，主要包括基于控制器设计的建模、推进器建模与控制、动力定位控制、推力矢量控制、欠驱动控制等方面，然而目前AUV控制领域面临的难点主要在模型不确定和扰动不确定、传感器信息不足以及欠驱动系统的本质特性（例如可控性）及其控制方法等方面，还需要人们为之付出不懈的努力。     

变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真

针对拖缆自主水下航行器（AUV）运动过程中引起的拖缆长度变化问题,采用集中质量法建市了拖缆的运动方程,根据刚体动量定理及动量矩定理建赢了拖缆AUV的纵向运动方程,在此基础上补充推导了AUV拖缆运动过程的变缆长边界方程。联市拖缆运动方程、AUV纵向运动方程及边界方程得到变缆长拖缆AUV纵向运动方程。基于此方程,应用4阶Runge—Kutta法对采用相同控制律方程的兀缆及有缆AUV进行了对比运动仿真。仿真结果表明,随着运动过程中拖缆长度的不断增长,拖缆对AUV的作用力不断增大,对AUV各运动参数的影响也不断增大,且对AUV轴向运动速度的影响最为明显。     

水面无人艇系统架构设计与构建

针对新技术新能力快速形成的装备发展趋势,分析水面无人艇系统的组成和架构设计需求。明确面向无 人艇系统设计的原则和目标,提出水面无人艇架构设计的技术路线、构建步骤、分层功能域架构设计和通用接口设 计参考规范。实艇测试证明了整体架构设计的有效性。结果表明,该系统架构设计可有效缩短无人艇新任务能力的 开发和部署时间。     

基于视线导引策略的无人艇航迹跟踪控制算法

为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题,对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究,可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类,并分析了两类算法各自的优缺点。建立无人艇数学模型,基于前视距离的视线制导策略和PID控制思想设计无人艇航迹跟踪控制算法。仿真实验结果表明：所提算法具有良好的航迹跟踪控制效果,可为现阶段我国无人艇自主航行控制技术的研究和无人艇装备建设提供参考。     

AUV回收技术现状及发展趋势

基于当前AUV技术的发展形势及应用领域阐述了AUV回收的背景及意义，介绍了国内外AUV回收技术现状，并主要针对最新的自主回收技术，分析了其相关力学、控制以及导航等关键领域中的技术难点和理论方法，概括了相应的解决思路，探讨了AUV回收技术的发展趋势。     

超低速小型AUV外形及流体动力布局研究

超低速自主式水下航行器（AUV）是AUV技术研究的新领域。如何在超低速（〈0.5 kn）情况下获得良好的航行稳定性能是超低速航行器技术研究的主要内容之一。针对超低速小型AUV的水下布放与回收的特点,提出了一种基于回转体外形的超低速小型航行器外形及流体动力布局设计方案,着重解决AUV在超低速航行的高稳定性要求,经过理论估算和FLUENT软件仿真验证,仿真结果满足设计要求,对深入研究低速高稳定性小型水下航行器具有重要的参考价值。     

基于系统论方法的AUV测试系统

随着自主式水下机器人（AUV）实现功能日趋复杂，对其研究引起了人们的极大兴趣，但传统的测试手段已不适应现代的复杂系统。本文简要介绍了开放的复杂巨系统的基本概念，并从系统学的角度出发，提出了一个新的AUV测试系统。该测试系统是一个能够对AUV的体系结构以及编队协同等进行演示验证的实时半实物仿真系统，是开展AUV研发的有效手段。给出了基于web的测试系统的研究模型与总体框架，并对AUV实时仿真模块进行了深入剖析。远程AUV测试系统的采用为提高安全性以及减少试验成本与研发周期提供了有效的解决途径。     

基于CAN总线的AUV实验平台数据传输方法

基于CAN的AUV具有较好的集成性，扩展性和维修性，介绍了一种基于CAN总线的AUV实验平台的结构和功能，提出了一种先进先出（FIFO）数据队列结构及其管理方法，有效地避免了CAN节点内部多任务并发进行数据发送时可能造成的数据丢失、损坏等现象。编写的FIFO数据队列程序和CAN总线数据收发程序均采用C语言实现，便于直接移植到PC-104或DSP等嵌入式系统中。实验平台测试和AUV外场实航试验验证了该方法的正确性。     

虚拟现实在AUV地形跟踪控制研究中的应用

基于软件平台MultiGen Creator和Vega开发出自主水下航行器（AUV）地形跟踪虚拟仿真系统，详细描述了系统软件的选择、模型的创建、虚拟海洋地形和环境的生成以及地形跟踪控制策略的设计与实现，研究了虚拟现实技术在AUV地形跟踪中的应用。仿真结果表明，该系统能精确模拟现实环境中的环境交互功能，逼真演示AUV地形跟踪的动态过程，为将来的AUV避碰控制和协同控制仿真提供了参考。     

自主水下航行器测试与研发技术新进展

自主水下航行器（AUV）是一种无人驾驶的集成系统,在无脐带光缆的情况下自主地完成复杂海洋环境中预定任务的航行器。近年来,能够提升AUVs性能的新技术不断涌现,如何低成本、高效率的对这些新技术进行测试与验证成为制约AUVs发展的瓶颈。本文较全面概括了近年来国内外AUVs测试手段的最新进展,主要包括基于小型样机的验证、虚拟环境（Virtual Environment,VE）技术、半实物仿真技术、数值模拟技术以及借助其他工具进行验证等,最后从可重用性、通用性以及全面性等方面对AUVs测试技术今后的研究和发展提出了一些建议。