小型自治水下机器人运动控制系统研究

以主推加舵控制的小型自治水下机器人为研究对象,建立了水下机器人的数学模型并进行了分析。根据机器人结构的特点,对模型进行了必要的简化。设计了机器人的运动控制系统。通过湖试验正控制器的性能。

一种欠驱动AUV的三维实时避碰方法

针对以测距声纳为避碰传感器的一类欠驱动型AUV，提出了一种水平面和垂直面相结合的三维实时避碰方法。根据测距声纳和欠驱动AUV 的特殊性，首先从运动规划和路径规划2 个层次提出了AUV 混合型实时避碰结构，并分别设计了基于事件反馈监控的避碰自动机和基于免疫遗传的局部路径规划算法。多种典型障碍场景的半物理仿真实验表明，论文所提方法能够实现AUV 安全、稳定的三维避碰过程。

基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究

对自治水下机器人搭载的四功能水下电动机械手进行了简要描述。考虑到自治水下机器人机械手系统的运动学冗余,将关节限位算法用于系统逆运动学求解,避免载体大幅度姿态变化。利用Matlab仿真表明该算法在解决系统冗余的同时有效的限制了关节位移。

自适应模糊PID控制在AUV控制中的应用

自治潜水器(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)是非线性、强耦合、大惯性的多输入多输出系统,又由于受到海流、传感器、执行机构等不确定性的影响,对AUV控制器的鲁棒性能提出了更高的要求。本文针对我国正在研制开发的长航程自治潜水器的特性及其对航行控制的要求,将PID控制与模糊控制的简便性、灵活性以及鲁棒性结合起来,为AUV设计了可在线修改PID参数的自适应模糊PID控制器,仿真结果证明了该种控制方法不但提高了AUV系统的动态特性,而且可在参数摄动和外界扰动时获得较好的控制性能。

AUV闭环系统可辨识性分析及算法实现

针对水下机器人闭环系统辨识问题,应用闭环系统辨识理论,本文给出了水下机器人闭环系统可辨识的充分条件。运用增广的Kalman滤波算法对某水下机器人进行闭环辨识,获得了该系统模型。验证了所提出充分条件的正确性及算法的可行性。

一种自治水下机器人垂直面避碰规划方法

为提高自治水下机器人在垂直面跨越坡型、台阶型障碍的能力,提出了一种基于模糊控制的垂直面避碰规划方法。该方法以避碰声纳的输出作为输入,垂直面的深度调节量作为输出,直接建立了从障碍感知到避碰行为的映射。半物理仿真实验表明,该方法有效提高了某型自治水下机器人垂直面操纵性能,具有反应迅速、稳定性好、便于工程实现的优点。

AUV定位信号检测延时的蒙特卡洛模拟分析

在简要介绍AUV声学定位声纳接收机原理基础上,分析了CW脉冲信号在极性相关检测电路中的传输过程,建立了极性相关积分检测延时仿真分析模型。提出采用蒙特卡洛模拟方法获取检测延时的分布特征和统计参数的观点。实验结果表明蒙特卡洛模拟实验与硬件电路实验结果一致,对于解决随机性检测延时问题具有很强的能力。获得的结果可为AUV定位声纳检测门限的设定、声学测距和定位精度分析以及水声通信延时分析提供参考。

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究,提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法.该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数,采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数.对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明,通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度,可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求.

AUV水下对接关键技术研究

对国内外主要AUV水下对接系统进行了研究,从对接方式、对接传感器、控制策略、流体干扰和对接失误对策五个方面阐述了AUV水下对接系统的方法、技术现状以及发展趋势.

带槽道桨水下机器人阻力特性的数值分析

自治水下机器人在低速航行时,单靠操舵方式难以保证其机动性。特别是作业过程中需要进行水下悬停定位时,经常会使用槽道桨。槽道桨在载体上形成贯穿式的孔洞结构,影响水下机器人直航过程中的阻力特性。本文借助流体动力数值仿真计算软件CFX,对槽道孔洞尺度改变、轴向位置改变时,水下机器人航行阻力所受到的影响进行了数值分析。数值分析得到的结论,对水下机器人槽道桨的工程设计和优化具有参考价值和指导作用。

基于输入和机械手扰动补偿的水下机器人控制实验研究

以搭建的自治水下机器人-机械手系统为对象,通过水池实验分析了载体分系统的响应特性。针对传统的反馈控制在载体控制中的不足,将输入补偿项和机械手扰动补偿项作为载体控制的前馈项,设计了水下机器人复合校正控制器。水池实验验证了方法的可行性和有效性。

基于混合灵敏度的水下机器人鲁棒控制研究

为了使水下机器人(AUV,autonomous underwater vehicle)在多环节不确定条件下满足水下作业时动力定位的控制精度要求,深入研究了混合灵敏度鲁棒控制中各加权函数的选取原则后,设计了基于混合灵敏度的 AUV 鲁棒控制器。通过 AUV 半物理仿真平台上的动力定位试验和控制算法对比试验,证明了所设计的鲁棒控制器对于水下机器人系统的外界扰动和参数变化不确定性具有良好的抑制作用,控制效果令人鼓舞。

自治水下机器人在深海采矿系统湖试中的应用

以大洋采矿前期的湖试为例,介绍了AUV在矿产资源调查和深海采矿中的应用。在深海采矿系统作业前期,利用AUV调查湖底的地形地貌、结核的分布与覆盖率,确定集矿机作业地点的大地坐标。在深海采矿系统作业后期,利用AUV调查集矿机在湖底的行走轨迹和压陷深度,估算回采率。

自治水下机器人机械手系统协调运动研究

简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。

基于数字海图的自主水下机器人路径规划研究

为了解决远程自主水下机器人(LAUV)路径规划问题,提出一种基于数字海图的路径规划算法.该算法对传统人工势场法进行了有效改进,克服了传统人工势场法固有的缺点和不足,可以用于LAUV离线和在线路径规划.其有效性已在半物理实时仿真平台上得到了验证.