超高速水下航行器横滚控制研究

超高速水下航行器航行时由于被超空泡包裹着,使得其工况变得更为复杂,控制难度进一步加大;为了抑制或消除横滚,文章通过分析超高速水下航行器的运动特点,建立了航行器横滚运动模型方程,并进行特性分析和控制规律综合设计,最后提出使用配置控制面的方法来实现它的横滚控制;此方法的使用既为系统提供控制力又解决了系统弱阻尼的问题,同时还提高了系统的响应速度;最后运用PD算法,分析它的动态特性和幅频特性,仿真结果表明此方案简单,容易实现,且鲁棒性好,满足系统的要求。     

超高速水下航行器航向控制研究

超高速水下航行器在水下航行时,表面大部分被超空泡所包覆,其运动特性发生显著变化,使得其工况变得更为复杂、控制难度加大;通过分析它的运动特点,建立了系统模型方程,并提出把空化器作为控制面,通过操纵其舵角改变量来控制航行器航向;最后运用PI极限舵控制算法进行仿真分析,结果表明此控制方法简单易实现,产生的偏差小,同时还提高了系统的响应速度,较好地满足了系统要求,分析结论可为超高速水下航行器控制系统设计提供参考。     

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。     

水下超高速航行器首舵控制系统的设计

水下超高速航行器处于巡航阶段时,由于其大部分表面被超空泡包裹,运动模式不同于常规的全沾湿航行器;为了对超高速水下航行器的定深弹道实施控制,在研究水下超高速航行器运动模型的基础上,对首舵机控制系统的控制率进行了综合,研制了一种新型的深度间接控制的电动首舵机闭环控制系统;详细介绍了功率控制单元的工作原理、硬件设计的关键技术及控制软件设计;地面考核试验证明该控制系统完全满足超高速航行器的姿态控制要求;研究结果可为水下超高速航行器控制系统的设计提供参考。     

一种新型的超空泡航行器流体动力布局

超高速水下航行器运行于巡航阶段,为减小其阻力,减小航行器的沾湿部分,会使得横滚运动的阻尼变小,加大横滚通道的控制难度.针对航行器的静稳定特性,采用艏部空化器作为俯仰和偏航运动的操纵面.由于横滚干扰力矩主要来源于航行器机动时产生的离心力,采用不对称方向舵的方式来消除横滚干扰力矩.复合抗横滚控制舵片形成方向舵的上下不平衡,同时还作为横滚控制的操纵面.采用流体动力布局形式完全摒弃了尾部安定面和操纵面,明显减小航行器航行阻力,降低横滚控制舵机的功率要求,有利于机构的小型化.同时放宽了对超空泡外形和人工通气量的准确度要求,方便了超高速水下航行器的工程实现.     

基于PC104的超高速水下航行器测控程序设计与实现

超高速水下航行器自主航行试验需要雷载计算机提供时序控制、姿态自动控制等支持,在恶劣水下环境中测控系统的可靠性至关重要,它影响着实航数据的获取和航行控制研究的开展.以PC104嵌入式计算机为硬件平台,标准C语言为开发工具,针对超高速水下航行器航行控制和数据测量需求开发了测控程序.通过电平I/O进行时序及航行姿态控制,串口...     

水下航行器极区内航行控制关键技术

随着极区经济利益和战略意义日益凸显,水下航行器在极区作战使用的需求逐步清晰。基于极区特殊的气候条件和地理环境,指出了水下航行器在高纬度及跨极区航行时,需要重点考虑导航、控制、仿真试验等多个问题。仿真试验结果验证了基于格网导航算法的水下航行器跨极区控制和导航策略及仿真方法的可行性。     

超空泡水下航行器定深控制研究

极高的航速使得对超空泡水下航行器的控制变得异常复杂. 为了对其深度进行有效控制, 必须对其纵平面运动特性进行研究. 本文首先建立了超空泡水下航行器的纵平面运动模型, 分析了其纵平面运动特性; 然后进行了控制算法的综合; 最后, 仿真及试验结果均验证了所设计的航行器纵平面运动控制算法的有效性. 试验结果表明该控制系统具有较高的控制精度. 本文的研究成果为进一步研究水下超空泡航行器的运动控制提供了必要的理论基础.     

基于强化学习补偿器的水下航行器姿态控制

自主式无人水下航行器(AUV)的动力学模型是一个多输入多输出、欠驱动强耦合的非线性系统,同时AUV的工作环境复杂多变,因此,对其姿态进行高精度控制是一个挑战。针对上述问题,本文提出了一个基于强化学习补偿器的AUV姿态控制方法,通过对历史经验数据的学习,实现在野外航行过程中抵抗未建模的不确定扰动和逐步提升姿态控制性能。主要贡献：(1)融合经典控制器和强化学习补偿器,通过经典控制器保障强化学习补偿器在训练过程中的系统稳定,通过训练好的强化学习补偿器抵抗不确定扰动和提升最终性能;(2)改进了传统的二次型的强化学习奖励函数,提升了训练速度和最终控制性能;(3)通过仿真验证了在神经网络权值随机初始化的条件下,本文设计的强化补偿控制器经过训练后可以收敛到稳定一致的性能。     

水下机器人三维可视化控制系统

研究水下机器人可视化系统问题,由于海洋作业情况复杂,存在弱观测、大时滞环境中机器人的稳定性和实时性差,控制显得尤为困难。针对目前可视化系统开发难度大、周期长的缺点,提出了一种WPF技术的三维可视化系统的设计方案,包括3DSMAX几何建模,Expression Blend 2三维可视化实现和Visual Studio 2008控制代码设计。结果表明,采用改进的泛化图形环境的方法为水下机器人可视化系统的实现提供了一种高效、简易的途径。经水池实验证明,系统能够对水下机器人进行实时可视化显示并完成操控任务。     

基于CANopen协议的水下航行器控制系统现场总线应用设计

分析了CAN现场总线技术及特点，针对某高速水下航行器控制系统数据交换实时性需求，结合当前采用的“自定义CAN高层协议”存在的问题，从解决系统稳定性，降低人为干扰因素，提高可靠性及后续网络扩展等方面考虑，提出一种基于CANopen标准高层协议的水下航行器控制系统网络架构，研究了控制系统网络结构及特点，描述了主要网络节点的功能及任务，建立了CANopen通信模型，制订了CANopen高层通讯协议，在项目研制中应用实践，开展了系统性对比测试，实施了全航行器系统、满负荷水下实航试验，结果表明CANopen控制网络运行快捷、稳定可靠，数据交换流畅，网络负载率仅为21.9%，明显优于国际现场总线网络协会要求，适合推广应用至UUV等多种水下航行器系统。     

水下航行器控制系统半实物仿真

该文提出了一种水下航行器控制系统半实物仿真结构,介绍了仿真数学模型与仿真算法,并给出了水下航行器控制系统半实物仿真实例。实航试验结果表明半实物仿真与水下航行器控制系统实际航行结果基本接近。     

自主水下航行器的鲁棒自适应姿态控制算法

针对自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）在自动巡航任务中的姿态控制问题，提出了一种神经网络与滑模控制相结合的鲁棒自适应姿态控制算法。采用了RBF神经网络对AUV数学模型中的不确定项进行逼近，抑制了未建模动态和参数摄动的影响，进而基于反步法和滑模控制设计了姿态控制律，其中引入鲁棒项以克服外界干扰和神经网络逼近误差，并通过Lyapunov定理证明了控制系统的稳定性。将所设计的控制算法应用在AUV的姿态控制系统中进行数值仿真，验证了该控制算法的有效性和鲁棒性。     

基于SA-PSO算法的潜器S面控制

潜器是一个多变量、高度非线性系统,对于这种特殊的控制对象,S面控制是一种简单实用的控制方法,但由于其不具备自学习能力,所以控制器参数需要人工调整.粒子群(PSO)算法可以用来处理S面控制器参数整定的问题,但PSO算法目前还存在着早熟收敛、易陷入局部极值等不足.针对此问题,引入模拟退火(SA)算法对PSO算法进行优化,提...     

水下自航器航迹控制系统仿真研究

该文提出了一种带优化修正函数的非线性ＰＩＤ控制器设计方法,用它设计 控制器能对复杂非线性对象进行简单而有效的控制。用它为某型自抗器设计的航迹控制器在不同入水条件下进行了仿真研究。仿真结果表明,用带优化修正函数的非线性ＰＩＤ控制器设计方法设计的自航器航迹控制系统,在不同入水条件下都具有良好的动、静态特性。说明非线性ＰＩＤ控制方案较好地解决了空投入水自航器的航迹控制问题。     

水下航行器制导系统仿真信息集成方法

提出了基于信息集成原理的一种水下航行器导引控制系统仿真的新方法。文中详细地介绍了仿真系统的结构，以及多任务调度和多帧速配置等一些典型问题的解决方法，研究结果可在并行和分布式计算机系统中仿真。