"海龟"号无人水下航行器

澳大利亚对1艘名为“海龟”号无人水下航行器(UUV)进行了试验．通过试验来演示其最新的用于水下导航和监视能力的技术。     

远程自主水下航行器建模研究

通过对远程自主水下航行器进行动力学和运动学分析，基于经典的动量和动量矩定理。在地心惯性坐标系下建立了一种适合远程应用的自主水下航行器模型。该模型不仅考虑了地球的曲率，也考虑地球的自转运动，可应用于水下航行器导航与控制系统的一体化仿真及系统精度分析。     

自主水下航行器的模糊控制

模糊控制用于水下航行器时,模糊决策表大多是依据模糊控制理论推导得到,这在工程实现上有一定的难度.为了在控制器设计中避开复杂的模糊逻辑理论,从AUV的控制特点出发总结出调整模糊控制决策表的规律,由此可以方便地获得控制决策表.本文以深度控制为例给出了控制决策表,仿真结果表明了该方法的正确性.     

新型自主无人水下航行器＂REMUS100-S＂

挪威Kongsberg公司所属Hydroid公司发布了其新型自主无人水下航行器＂REMUS100-S＂。其是已取得极大成功的＂REMUS100＂便携式自主无人水下航行器的升级版,＂REMUS100＂主要用于水道测量和近海水文地质调查。     

无人水下航行器PID神经网络解耦控制

通过无人水下航行器动力学分析和运动建模,将系统解耦为航向、横滚、纵向三通道控制系统。为了消除解耦过程中存在的问题,采用PID神经网络控制算法来实现三自由度的独立控制。仿真结果表明,该控制方法不仅减少了计算时间,提高了响应速度,而且具有超调量小、稳态精度高等控制品质,对无人水下航行器的实际应用具有一定意义。     

智能无人水下航行器水下回收对接技术综述

针对目前水面母船回收智能无人水下航行器存在的受环境影响大、隐蔽性差、成本高、自动化程度低等不足,AUV水下自主回收对接日益成为研究热点。水下对接可以完成AUV能源补给、数据下载/上传、设备检修等操作,实现AUV水下不间断隐蔽作业,具有重要的应用价值。本文结合AUV水下回收对接的特点,归纳了水下对接的优势和困难,分类总结了水下对接的关键技术,包括导引技术、搭载方式、对接装置形式、安全性分析等。综述了近年来各国在AUV水下对接领域的研究成果,并对未来发展方向进行了展望。     

无人水下航行器SINS/DVL组合导航方法研究

给出了应用于无人水下航行器远程航行的基于SINS/DVL的组合导航方法。利用Kalman滤波算法融合DVL测量的绝对速度估计SINS的导航参数误差,并进行校正。仿真结果说明这种方法能够有效提高导航系统精度,从仿真曲线还得到了闭合航路能够大幅度消除导航误差的结论。     

一种远程自主水下航行器纵向滑模控制研究

根据一种远程自主水下航行器的组成和特点,建立了纵向运动的非线性数学模型,并进行了线性化处理。在此基础上,基于滑模控制理论,分别研究了基于水平舵的纵向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后垂向推进器的纵向悬停控制。仿真结果初步表明:该控制器可满足水下航行器纵向巡航控制和悬停控制的需要,并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。     

某新型远程自主水下航行器建模研究

根据某新型远程自主水下航行器的组成和特点,通过对其进行动力学和运动学分析,基于经典的动量和动量矩定理,建立了该新型自主水下航行器的数学模型。该模型不仅可以用来模拟航行器的正常巡航状态,而且可以用来模拟航行器的悬停状态,可用于航行器的操纵性分析及控制系统的设计与仿真。     

用递层分析法确定水下自主航行器的设计要求

依据层次分析原理建立了水下自主航行器组成部分间层次结构及层次间，同层次间元素的支配关系，递层求得各组成部分相对航行器性能的设计要求（重要程度），结果令人满意。     

自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制

研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。     

水下自主航行器垂直面运动的预测控制

针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题,提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制.通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计,并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线线性化过程中,在仿真实验中对ROSO与全维状态观测器(FOSO)的状态估计结果进行对比,同时也对比了所提出的基于在线线性化的预测控制(PC-NMOL)与现有的非线性预测控制(NPC)的控制效果.仿真结果证明了所提出的方法可以得到精确的状态估计,且具有动态响应快,对外部扰动鲁棒性强的特点.     

水下无人航行器结构环境SFEKF同步构图定位方法

针对传统同步构图定位(SLAM)传感器具有数据量大、处理速度慢、实时性差的不足和基于扩展卡尔曼滤波的同步构图定位(EKF-SLAM)具有对水下无人航行器(UUV)位置估计精度低、甚至发散的缺陷,把带次优渐消因子的扩展卡尔曼滤波器应用到了导航系统中,提出了基于多元测距声呐(MRS)的UUV结构环境SFEKF-SLAM(suboptimal fadingextended Kalman filter-SLAM)方法.首先建立基于霍夫变换的水下MRS特征提取模型,设计了基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统,利用该系统可以对UUV的状态进行预测,结合MRS信息可以对UUV周围结构环境进行状态更新.海试结果验证了基于霍夫变换的水下MRS模型能够有效提取环境特征,基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统相对于常用的基于EKF-SLAM的UUV导航系统具有更高的定位精度,能够构建更加精确的港口堤岸地图.     

基于RBF神经网络的自主水下航行器模型预测路径跟踪控制

针对自主水下航行器(AUV)的模型不确定性和多约束的特点,设计了基于径向基(RBF)神经网络的模型预测控制器。在使用模型预测控制(MPC)进行路径跟踪控制的基础上,利用实时测量数据在线训练RBF神经网络,对AUV模型不确定性进行补偿,抑制了模型不确定性对模型预测控制器的干扰,减小了系统的超调量和跟踪误差。仿真结果表明,基于RBF-MPC路径跟踪控制算法与经典的MPC算法相比,具有更好的暂态和稳态性能。     

水下航行器壳体结构的多目标模糊优化设计

提出了水下航行器壳体结构的多目标模糊优化设计方法。以某水下航行器为例,将壳体结构分为头部、中段和尾部三部分,分别建立其质量最小的目标函数,并采用多目标模糊优化设计方法求出水下航行器整个壳体结构质量最小的有效解,其结果与安全系数法设计的结果相比,壳体质量约降低１５％。本文提出的水下航行器壳体结构的设计方法不但考虑了壳体的结构特点,而且还考虑了设计变量和约束条件的模糊性,具有一定的理论先进性,对提高壳体结构设计水平有着重要的意义,对其它壳体结构设计也具有参考价值。     

欠驱动自主水下航行器轨迹跟踪控制

文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟踪的全局一致渐近跟踪控制器,并且针对参考航向角速度为非零常值的一类参考轨迹,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数及参考轨迹条件。仿真研究表明该轨迹跟踪控制器是有效的,控制品质良好。     

全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制

为了研究了全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制问题。针对多AUV编队控制过程中的可变通信拓扑情形,首先通过预定义AUV间的通信距离,将多AUV系统建模为通信拓扑可变系统。其次对AUV三维运动学和动力学进行建模;为实现多AUV编队控制的有限时间控制,提出一种有限时间的二阶一致性控制算法,对AUV的速度(线速度和角速度)和位置(平移和角度)进行一致性协同控制,利用一致性协同后的速度量和位置量以及各AUV的动力学方程,求解各AUV的推力和推力矩。最后通过对可变通信拓扑情形下的多AUV编队控制进行了数值仿真,验证了所提有限时间编队控制策略的有效性。     

水下自主航行器造价分配中的协调优化技术

阐述了工程软设计理论中的协调优化技术,分析了水下自主航行器的系统模型,最后将协调优化技术应用到水下自主航行器的造价分配问题中,得到了一个更为合理的分配方案。     

约束条件下基于满意模型预测控制的动基座水下无人航行器对接控制

针对水下无人航行器与运动母船对接过程中存在多种复杂约束,单一优化目标无法满足多目标同时最优的问题,本文通过将满意控制思想引入到模型预测控制中,设计了一种约束条件下的多目标多自由度的满意模型预测控制对接控制器.首先,对动基座水下无人航行器对接过程中的多种复杂条件进行详细分析.然后,将水下无人航行器模型按照满意思想进行分布...     

基于信息熵的水下航行器灰色评估方法研究

利用信息熵具有客观性、确定性的良好特性,应用灰色聚类评估方法,结合水下航行器系统的自身特点,提出了基于信息熵的水下航行器灰色评估方法,解决了水下航行器传统评估方法中主观因素的干扰问题,提高了评估方法的客观性和可信性,为水下航行器系统的效能评估研究提供了一种新方法。采用该方法对水下航行器3种型号实例系统进行了应用分析,结果表明,该方法正确、可行,解决了存在的问题。可用于水下航行器系统的发展论证及实际应用,为水下航行器系统的设计、研发和使用提供了科学的理论决策依据。