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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(6)
针对近水面航行的欠驱动自主水下航行器(AUV),研究了其波浪力作用下的航向控制问题。首先,利用局部微分同胚将AUV非线性系统转换为Brunovsky标准型系统;其次,基于波浪力的Morison方程给出了波浪力干扰外系统模型;然后,根据最优控制理论,基于二次型性能指标设计欠驱动AUV系统的前馈反馈最优扰动抑制控制律,并通过求解Riccati方程和矩阵方程获得。最后,通过AUV系统仿真实例验证了该方法的有效性。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2017,(9)
对水下多自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的编队协同控制和队形重构技术进行研究是水下AUV系统协同完成作业任务的重要研究内容。人工物理法通过设定虚拟的物理力完成机器人速度和方向信息的计算,并根据结果进行实时控制。由于分布式具有对水下传感信息和通信的依赖度较低的控制特点,因此可以很好的应用于可扩展的水下多AUV协同控制中。本文采用人工物理法完成多AUV的队形协同控制,研究了7个AUV采用人工物理法保持六边形队形,进行编队控制穿越障碍区间,AUV通过传感器探测外界环境,获得相关环境信息并确定障碍物的位置;AUV编队在穿越障碍区间时转换为一字队形,并采用边界检测法,沿边行走绕过障碍物;在穿越障碍区间后,AUV编队再次转换为六边形;依据判决条件完成多智能体控制的模态转换,进行队形重构。仿真结果证明本章所提方法的有效性,并具有较好的适时性与柔性。 相似文献
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针对海洋时变中小尺度过程长期精细观测需求,研制了一种轻型长航程AUV。这种AUV的最大特征是借鉴了水下滑翔机的变浮力、重心可调执行机构,使得其具备海洋环境自适应能力,可在不同海水密度条件下实现零攻角高效航行。首先介绍了轻型长航程AUV的系统组成,讨论了这种可变浮力、可调重心AUV的航行控制系统设计;针对这种AUV新增的浮力和重心两个控制输入量间存在系统耦合的问题,开展了基于模型预测算法的零攻角定深航行控制器研究,着重阐述和推导了控制目标的修正、面向控制的动力学建模以及模型预测控制器的设计过程;最后通过仿真验证了所述方案和方法的可行性。该研究有利于提高轻型长航程AUV的航行效率,进一步提升AUV的续航能力。 相似文献
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水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider，AUG)是一种浮力驱动的自主水下航行器 (Autonomous Underwater Vehicle，AUV)，通过调整滑动质量块来改变重心与浮心的相对位置，从而控制自身的运动姿态。完成了水下滑翔机的外形设计，同时，对其各系统组成部分进行了初步设计与布局。利用 MATLAB 软件基于计算得到的流体动力参数对滑翔机进行运动特性分析，得出定常运动状态下攻角、俯仰角和水平速度等参量随重心水平位移和净浮质量之间的关系。最后使用 Simulink 软件对垂直面内滑翔机的运动模型进行弹道仿真，验证了水下滑翔机总体设计方法的有效性和可行性。 相似文献
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《海洋技术学报》2018,(6)
AUV自主回坞是实现其水下回收和能源补充的基础,回坞过程中的航向控制技术是能否成功回坞的关键,介绍了基于超短基线声学传感器引导的某重型AUV的回坞方案设计、制导原理和路径跟踪控制方法;研究了水平面内航行器路径跟踪的航向控制问题,提出了回坞时,可以增加横贯推进器或侧翼推进器来进行航向控制的方法。通过湖上试验,验证了以上方法和算法的有效性并得出以下结论:两种方法都适用于水下回坞,侧翼转向更适合有小区域转向需求的AUV;采用横贯推进器进行航向调整,AUV转弯过程深度变化小,深度偏差均值在0.5 m以内;在对折线形的路径进行跟踪时,跟踪能力更强,末程入坞阶段,与设定航线距离偏差均值比侧翼转向方式小0.34 m。 相似文献
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为了适应复杂海洋环境中多样性的观探测任务需求,本文提出了一种融合Argo浮标、水下滑翔机（Glider）和自治式水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV） 3种工作模式的全姿态水下移动平台（All-attitude Multimode Underwater Vehicle,AMUV）。首先,基于3种水下移动平台的工作原理,建立了AMUV的六自由度动力学模型;然后,针对动力学模型中的非线性耦合特性及模式切换过程中的驱动位形变化等问题,基于比例、积分、微分控制器（Proportional Integral Derivative,PID）与模糊控制概念,设计了不依赖于数学模型的自适应模糊PID姿态控制器,实现了AMUV多模式切换过程中的姿态控制;最后,开展多模式切换控制仿真实验,将自适应模糊PID控制器与传统PID控制器仿真结果进行对比,并设计了全模式任务工况,仿真结果表明,本文提出的控制器能够精确和稳定地控制AMUV进行多种工作模式的相互切换。 相似文献
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基于分布式控制力矩陀螺的水下航行器轨迹跟踪控制 总被引：2，自引：0，他引：2
基于控制力矩陀螺群(CMGs)的水下航行器具有低速或零速机动的能力。采用基于分布式CMGs的水下航行器方案,并研究其水平面的轨迹跟踪控制问题。通过全局微分同胚变换将非完全对称的动力学模型解耦成标准欠驱动控制模型,并根据简化的模型构建其轨迹跟踪的误差动力学模型,将轨迹跟踪控制问题转化为误差模型镇定问题。基于一种分流神经元模型和反步法设计了系统的轨迹跟踪控制律,该控制器不需要对任何虚拟控制输入进行求导计算,且能确保跟踪误差的最终一致有界性。仿真结果表明该控制器能够实现在不依赖动力学参数先验知识的情况下对光滑轨迹的有效跟踪。 相似文献
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GDROV是用于堤坝探测的水下机器人,设计上属于开架式机器人,其精确的数学模型很难获得.采用基于模糊逻辑的直接自适应控制方法,利用模糊基函数网络逼近理想控制输出,通过模糊逻辑动态调整控制器的参数自适应律,可有效解决水下机器人控制问题.建立GDROV的水动力模型,给出基于模糊逻辑的直接自适应控制算法,最后通过仿真试验和外场试验验证了该控制器对模型的不确定性具有较强的鲁棒性,且具有良好的跟踪性能. 相似文献
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针对一类含有输入时滞和输出时滞的离散时间系统,给出了一种无时滞转换方法,并给出了此类系统在受扰情况下的最优跟踪控制律。为避免求解含有超前项和时滞项的两点边值问题,对原时滞系统进行了无时滞转换。根据系统的最优控制理论,构造了转换后系统的二次性能指标。通过求解Riccati差分方程得到了最优跟踪控制律。构造了扰动外系统观测器和参考输入外系统观测器来解决最优跟踪控制律中所含有的前馈项的物理不可实现问题。仿真实例表明所提出的最优跟踪控制律有效。 相似文献
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水下拖曳系统在工作过程中拖体的俯仰角控制一直是水下拖体姿态控制的重要环节，设计了一种基于 RBF 神经网络的水下拖体直接自适应控制器，在闭环系统中利用 RBF 神经网络的局部无限逼近非线性函数的特性。将 RBF 神经网络的输出代替水下拖体动力学模型中的非线性不确定项，配合传统的 PD 控制器， 无需预先离线学习，在线学习更新神经网络权值，控制律和神经网络权值更新律经 Lyapunov 定理证明为稳定， 跟踪误差收敛到 0，通过计算机仿真比较该控制器与传统 PD 控制器的控制效果。 相似文献
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针对多自主水下机器人(多 AUV)编队问题,提出了一种基于改进跟随领航者法的编队控制方法,通过仿真实验和湖上试验进行了验证。将对跟随者的航向和速度控制简化成单一的速度控制,并采用多级精准速度调控方法进行编队控制。然后,通过仿真实验对该方法进行初步验证,并确定关键控制参数。最后,建立一套队形评价指标,通过外场试验验证该方法有效性。试验结果表明：该编队控制方法在控制的快速性、准确性和稳定性等方面均表现很好。 相似文献
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以悬停式AUVMM-01为试验平台,设计一种基于行为的控制体系结构。将AUV的行为划分为漫游、巡航和避障三个基本行为,并将模糊控制引入避障行为中,通过基于优先级的仲裁方式实现三种行为的有序协调,完成预定任务。同时,针对AUV的悬停需求,提出了增加内环速度反馈实现AUV稳定悬停的控制方法,定义一种新的高层自治控制系统与底层运动控制系统的接口。最后,通过建立整个系统的Simulink仿真模型,验证了该控制策略的有效性。 相似文献
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针对模块化小型 AUV 平台高速、宽带的数据通信需求和设备分散的特点,设计了一种分布式控制系统。 控制系统硬件采用基于网络的分布式架构,在较好地减少传输信号线,提高抗干扰能力的同时提高 AUV 平台的设备间兼容性和通信速率。 控制系统软件采用分层控制体系,由显控设备控制的任务层,控制计算机控制的自主层以及由微控制器节点控制的执行层,实现实时任务和控制命令的分离,减小任务层的运算量,方便软件的维护升级。 实航试验中 AUV 准确地完成了复杂的路径规划和地形测量任务,表明控制系统运行稳定可靠,为 AUV 平台的通用化、小型化设计提供参考。 相似文献
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本文研究了应用于离散变结构控制系统的一种新的趋近律方法,即一个二阶递推的趋近律方法。利用新趋近律方法设计了一个和当前时刻相关的前两个样本点的递推二阶控制器;基于Lyapunov函数法,利用提出的二阶趋近律方法证明了离散变结构控制系统的渐近稳定性和滑模的有限时间可达性;说明了此方法在不确定离散变结构控制系统中的稳定性研究中的可行性。新方法可大幅度消弱抖振,使系统运动最终趋于原点,还能使系统的准滑动模态保持步步穿越切换面,较好的改善了趋近过程。 相似文献
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AUV水下对接装置控制系统设计 总被引：1，自引：1，他引：0
自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)在航行使命结束后需要回收至甲板或陆地进行补给和维护。为避免重复布放回收所带来的不便,根据锥形导向式回收原理,针对水下对接装置及其控制系统进行了设计。水下对接装置控制系统由水面控制终端,水下控制系统和水下外部设备等部分组成,使用超短基线引导AUV进入指定区域,在对接过程中依靠行程开关和无线电反馈的信息判断AUV的相对位置及状态,并通过驱动相应的液压机构对AUV姿态进行校正和固定,进而完成对接过程。水下对接装置在千岛湖进行了试验,在吊装水下7 m的情况下实现了AUV的水下对接,并利用湿插拔电连接器完成了对AUV的有线充电和数据上传。试验验证了对接方案的可行性以及控制系统的稳定性,为将来AUV能够进行长时间、不间断航行提供了可能。 相似文献
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《海洋技术学报》2018,(5)
针对黑潮等海洋现象的长期、间歇性观测需求,研发了一种长期定点剖面观测AUV系统。为降低能耗,在观测间隔期间,采用浮力调节技术实现定深悬浮,并关闭主要设备实现休眠节能。传统的油囊式浮力调节系统不能精确测量调节量,难以满足AUV悬浮休眠节能的需求。为实现浮力调节量的精确控制,设计了一种内油箱为活塞式油缸的吸排油浮力调节系统,通过活塞位置的精确测量实现浮力调节量的精确测量和控制。试验结果表明,该浮力调节系统性能满足设计指标,调节精度可达到10 mL,搭载该浮力调节系统的AUV可实现高精度定深控制和剩余浮力的精确调节。该研究为拓展AUV的作业模式、提高AUV作业时间奠定了基础,为高精度浮力调节系统的开发提供了设计参考。 相似文献
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针对适合捷联式重力仪的AUV搭载平台的选型问题,基于国内AUV实际航行数据,分析了多推进器组合、推进器和浮力舱组合、推进器和鳍舵组合等3类AUV的定深航行运动特性;推导了AUV水下航行在3个坐标轴方向上对重力仪产生的运动加速度计算公式,得到运动加速度与AUV水下6个自由度运动要素的解析表达式;基于运动加速度分析,讨论了适用于水下移动重力测量的AUV平台和推进装置设计,进行了AUV搭载平台的优选,并给出了重力仪安装位置建议;选定的AUV实验平台实施移动重力测量验证试验重复线精度达到0.42mGal,验证了搭载平台优选的有效性。 相似文献