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以X 舵智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)为研究对象,提出了一种改进 Super-Twisting 滑模与非线性干扰观测器结合的 AUV 控制方法。首先,对 AUV 进行了运动学、动力学以及 X 舵分配进行了建模;之后,按照 Super-Twisting 理论设计了 AUV 控制器;然后,考虑到原算法中符号函数引起的控制输出抖振现象,提出了基于 Sigmoid 函数的改进 Super-Twisting 控制器,考虑到未建模动态以及外部环境干扰,设计了非线性干扰观测器对集总干扰进行补偿;最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性。仿真表明,在干扰影响条件下,所提方法能够在大幅降低输出抖振并保证良好的控制精度。 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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针对自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)推力器布置和控制仿真的困难性及以往电机仿真难以进行的缺点,提出1种进行多推力器运动仿真的方法,该方法建立的模型克服了推力器推力控制系统不能与电机结合的问题,能较好地反映推力器布置和电机的响应情况,可为AUV的运动控制、布置设计及控制系统开发等提供验证模型.针对流线型AUV CRanger-2的推力器布置情况,在对其建立推力器模型的基础上,利用模型对设定推力下的推力器控制进行仿真.仿真结果表明:该方法能够有效地模拟推力器布置既定情况下的电机运动与推力控制,可为水下机器人控制策略优化提供仿真平台. 相似文献
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以欠驱动自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)为试验平台,提出了一种水平面动力定位控制方法。根据自研 AUV 平台的运动执行机构配置,针对其欠驱动特性设计运动控制器,控制纵向推力与转艏力矩,经过路径跟踪与区域镇定两个阶段,使航行器先沿预设路径快速接近目标点,再低速逐渐调整水平位置,最终在该点附近小范围内保持悬停。结合试验数据证明：航行器可抵达并稳定在目标点附近 2 m 范围内,并且在受到外力扰动偏离后能够重新返回,从而验证该动力定位控制方法的有效性。 相似文献
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本文将自适应技术与有限时间技术相结合,研究了分布式自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)系统的自适应有限时间一致性跟踪控制问题。首先,应用图论相关知识描述多AUV间的通信拓扑;其次,对每个跟随AUV的运动与受力进行了分析,建立了基于位置姿态与速度姿态的二阶系统模型;然后,设计了非奇异快速终端滑模,并基于此对每个跟随AUV构建了连续分布式控制律,利用自适应律估计阻尼,恢复力和外部干扰的上界;最后,利用SIMULINK仿真来验证跟随AUV的位置与速度跟踪效果,直观地阐明了本文所提算法的有效性。 相似文献
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以国家科技重大专项研制的深水AUV系统为研究对象,借助商业软件ANSYS,从一个新的角度——AUV湿模态分析,研究了各种外界激励的频率特性。为避免AUV发生共振,应保证AUV所受到的各种外界激励的频率远低于AUV的第7阶固有频率,基于此,我们对AUV航行时的干扰源、AUV搭载的机械结构以及AUV附属结构的对于AUV本体的产生的激励频率进行了计算。计算结果显示,低于AUV本体的固有频率,不会对AUV的稳定性产生影响,实现了AUV本体振动不会影响各传感器的正常工作的设计。 相似文献
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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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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,(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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介绍了国内外各型深海AUV产品的基本参数、配置、功能和使用方式，论述了深海AUV发展现状及发展趋势，并着重阐述了深海 AUV 在深海探测、目标识别、深海反制等领域的应用，在此基础上深入分析了深海 AUV 在能源、控制、导航、通行等方面的关键技术，并阐明当前关键技术的现状以及未来的发展方向，同时根据国内外发展趋势提出了深海 AUV 经过 3 个阶段的发展，最终向着使用便捷化、重量轻量化、 外形小型化、智能化、网络信息化的方向发展。 相似文献
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便携式AUV具有结构紧凑、机动性好、制造和使用成本低等优点,本文设计AUV的底层控制系统和自主导航系统,并进行仿真验证和人工湖试验,结果证明底层控制系统具有很好的鲁棒性,基于AHRS、数字罗盘和GPS的惯性导航算法能够通过浅水节点潜航方式实现AUV自主导航. 相似文献
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一、问题的提出在常规的海浪谱估计中,海浪被视为平稳随机过程,而以有限的样本长度通过对其自相关函数的估计,并进而用此估计值求谱和先求出周期图,然后以一定的权函数对周期图作加权平均,这两种谱估计方法已普遍被人们所接受.由于以相关函数或周期图作出的谱估计是渐近无偏而非渐近一致的估计,所以,为了得到渐近无偏和渐近一致的估计,就必须寻求进行周期图平均的权函数和寻求相关函数的权函数.而在已提出的、目 相似文献
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多 AUV 集群控制是指通过多 AUV 相互协调完成特定的作战任务，需要解决的具体问题包括协同编队、协同导航、任务分配、通讯机制、协同定位、避碰和避障等。多 AUV 集群控制技术注重系统的冗余性和时效性，系统对个体的失效具有鲁棒性。系统性地阐述了集群控制技术的理论研究现状，探讨了多 AUV 集群控制需要解决的关键技术问题，对比了目前各类先进集群控制算法的优缺点，最后结合理论研究和 AUV 集群控制技术发展现状对集群控制技术发展进行了展望。 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