水下机器人推力器容错控制技术的研究

为保证自主式水下机器人在高压、可见度差的未知海洋环境下顺利完成作业任务， 必然要求水下机器人具有容错控制能力．本文主要以哈尔滨工程大学研制的“智水Ⅲ” 型水下机器人为对象，探讨水下机器人推力器容错控制技术．文中先给出在正常情况下水下 机器人的解耦控制器及推力分配，然后给出了在推力器出现故障时的容错控制策略．仿真结 果表明，该控制器及容错控制策略都能达到很好的控制精度．     

一种水下机器人传感器故障诊断与容错控制方法

采用自适应滤波器ＦＩＲ 对水下机器人进行在线自适应建模,并利用ＬＭＳ算法来调节滤波器的权系数．通过对滤波器权系数和误差信号平方的分析,实时检测出传感器的故障,并应用ＦＩＲ 滤波器输出替代故障传感器信号,实现传感器故障情形下水下机器人容错控制．应用该方法对Ｏｕｔｌａｎｄ１０００水下机器人传感器的故障进行检测和容错,实验结果表明所提故障检测方法准确可靠,具有较好的容错效果．     

一种用于水下机器人的触沉传感器研究

本文论述了一种用于水下作业机械手的机器人触觉传感器的结构及工作原理，这种传感器的开关类似于水下生物的“触须”，能够在４个方位上判别与对象接触的位置及接触长度，对于其他形式的机械同样适用。     

基于传感器信息的水下机器人动态避障研究

提出一种新的基于传感器信息的自治式水下机器人(AUV)动态避障方法。介绍了传感器的工作原理。通过栅格法把传感器采集的AUV运行环境障碍信息进行合理描述,并预测动态障碍物的速度,保证AUV能够根据传感器信息躲避障碍物,达到航行要求。最后,通过仿真实验对机器人自主避障能力进行了验证。     

水下机器人多传感器并发故障检测方法

针对水下机器人多传感器并发故障检测问题,提出了一种小波分析和神经网络相结合的故障特征提取 方法,将小波多分辨率分解后的细节系数进行小波重构,对重构后的细节系数进行融合得到整体高频细节信息量作 为一类故障特征值;同时,基于改进的Elman 网络建立水下机器人的全阶状态观测器模型,模型输出与传感器测量 值之间的差值作为另一类故障特征值．为进行水下机器人多传感器并发故障定位,提出了一种模糊加权属性信息融 合方法,将两类故障特征值的重要度与可信度进行模糊合成转换,基于转换结果将各故障特征值加权融合,进行水 下机器人多传感器并发故障定位．水下机器人实验样机的水池实验结果验证了本文所提方法的可行性和有效性．     

美海军研究新型水下机器人

美国海军正在利用国防部的小投资额技术转让(STTR)计划投资开发两种新型的水下机器人,一种是机器人龙虾,另一种是自主滑行机器人.     

水下机器人技术

概述水下机器人是一个水下高技术仪器设备的集成体。它除集成有水下机器人载体的推进、控制、动力电源、导航等仪器、设备外 ,还需根据应用目的的不同 ,配备声、光、电等不同类型的探测仪器。这样 ,水下机器人可以作为人类进行水下研究、观测和作业的动态实验室平台 ,作为人类智能和各种感官、器官在水下的延伸 ,去完成人类肌体无法直接达到的各种水下环境的探索任务。水下机器人可分为两种基本类型 ,即“自治式水下机器人”和“遥控式水下机器人”。“自治式水下机器人” ,国际上统称为AUV (AutonomousUnderwaterVehicle) ,它是根据各种…     

水下机器人传感器故障诊断

在分析水下机器人传感器故障形式的基础上,对传感器可能出现的三种故障形式分别给出了相应的诊断方法,即通过传感器长时间采集不到数据来诊断传感器信息保持不变的故障,线性平滑滤波解决传感器输出振荡,小波变换检测传感器信息的突变．海中试验验证了本方法的可行性．     

基于降阶卡尔曼滤波器的水下机器人滑模容错控制

针对水下机器人执行器时变、非线性故障,提出一种基于降阶卡尔曼滤波器的故障估计和滑模容错控制方法.用降阶卡尔曼滤波器估计水下机器人故障解耦子系统的状态,受故障的影响,子系统状态可测.由估计的状态和测量的状态可进一步得到水下机器人执行器的故障信息.滑模容错控制器根据所估计的执行器故障调整控制器的输出以实现容错控制.仿真结果验证了所提出的故障辨识与容错控制算法的有效性.     

自治水下机器人的局部规划方法

针对自治水下机器人(AUV)所处的真实海洋环境,通过分析长距离航行时AUV局部规划必须考虑的各种因素和可能产生的影响,设计一种局部规划器的结构,提出基于模糊逻辑的解决方案。该方法能实时综合考虑机器人的各种状态、其所处的海洋环境及任务目标情况,并根据三者间的关系得出速度折扣因子。实验表明,该方法能有效处理海洋环境下AUV大范围长距离航行的局部规划问题。     

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CAN总线的自主水下航行器分布式控制系统设计

提出一种基于CAN总线的分布式控制系统设计方案,该总线主要搭载任务控制系统、导航控制系统、运动控制系统、安保系统四个节点。将自主水下航行器的功能分布到不同的控制节点,具有较好的体系结构,且便于维护与升级。不同于集中式控制系统,当系统内需增加其他功能模块时,无需修改硬件部分可直接接入控制系统,便于控制具有很好的实时性与可扩展性。最后通过湖试结果显示,自主水下航行器航行稳定,分布式控制系统运行良好,验证了该设计的可靠性与有效性。     

基于有限时间系统同步的自治水下航行器回收控制

基于主-从系统状态同步的思想,提出了母艇在平面运动中回收自治水下航行器（Autonomous underwater vehicle,AUV）的一种控制方法. 在给出母艇和自治水下航行器的动力学模型基础上,建立了自治水下航行器（从系统）接收母艇（主系统）的状态信息并控制自身接近母艇的主从控制方案,使母艇自主回收水下航行器的问题转化为两者的运动状态同步问题. 利用有限时间稳定性理论,设计了一种在常值海流扰动影响下,自治水下航行器能够在有限时间内被母艇回收的滑模控制器,理论证明和仿真实例证实了该控制器的有效性.     

基于CAN总线的自治水下机器人控制系统

将CAN总线应用在自治水下机器人中,构成多主站的分布式控制系统,取代了以往水下机器人采用的集中式控制结构及主从式网络结构．从硬件和软件两方面详细介绍了CAN总线在自治水下机器人中的应用方案,设计了基于P87C591单片机的CAN总线控制器,并针对水下机器人分布式控制系统的需求特点,设计了CAN应用层协议和相应的通信软件．最后通过湖试验证了控制系统的可行性和可靠性．     

模糊滑模控制在AUV控制中的应用

本文针对自治水下机器人(AUV)的控制特点,建立了AUV水平面动力学的数学模型,将模糊逻辑引入到了滑模控制器的设计中,通过模糊控制规律直接设计滑模控制量,并运用计算机仿真手段进行了验证,仿真结果验证了该控制方法具有很好的控制性能,有效地消除了滑模控制的抖振,对外部扰动具有较强的鲁棒性,而且具有良好的响应特性。     

自主水下航行器的变质心跟踪控制

The trajectory-tracking control problem is investigated for an autonomous underwater vehicle (AUV) moving in the vertical plane using an internal point mass and a rear thruster as actuators. Combined with the dynamics of the point mass, the AUV is modeled as an underactuated system. A Lyapunov-based tracking controller is proposed by using backstepping approach to stabilize the error dynamics and force the position errors to a small neighborhood of the origin. Simulation results validate the proposed tracking approach.     

改进蚁群算法在AUV三维路径规划中的研究

针对自主式水下机器人海底地形环境中的三维避障最优路径问题，提出了一种适用于全局路径规划的改进蚁群算法。结合实际情况提出了一种简单有效的三维海底环境建模方案。为了改善基本蚁群算法在实际应用中的不足，根据全局信息设计了启发函数，同时采用局部和全局结合的信息素更新方式，克服算法收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺点，提高了算法的全局寻优能力。将路径的长度和路径的光滑度同时作为评价函数，减少路径的消耗，使算法更具备实际工程意义。在大尺度海底环境下仿真验证了该算法的有效性。     

AUV控制系统规划层使命与任务协调方法研究

以地形勘查使命为背景,对AUV(自治式水下机器人)规划层使命与任务协调方法进行了研究．介绍了AUV控制系统的逻辑结构,采用分层Petri网对AUV规划层离散事件系统进行了建模,通过对向目标区域航行任务库所进行扩展阐述了任务规划层的分层Petri网模型．提出了一种基于改进RW离散事件监控理论的协调方法,分别阐述了AUV使命与任务规划层离散事件系统的监控与协调．最后,通过湖试试验验证了AUV规划层使命与任务协调方法的正确性．