水下航行器轴向运动的初始修正自适应反演控制方法

研究水下航行器在复杂水下环境中轴向运动的轨迹跟踪问题,当航行器质量及初始误差均较大时,根据传统自适应反演控制方法设计的控制器需要航行器动力系统提供较大的推力,甚至超过动力系统的最大输出。提出初始修正自适应反演控制方法对此予以改进,该方法将原来对参考信号的跟踪转换为对修正参考信号的跟踪,并采用自适应方法估计航行器的质量和未知扰动等未知参数,可以获得较好的轨迹跟踪性能且不需较大的推力。仿真结果验证了所提初始修正自适应反演控制方法的有效性。     

倾斜转弯无人水下航行器H_∞鲁棒控制策略

针对倾斜转弯无人水下航行器的控制系统是横滚、俯仰、偏航三通道强耦合非线性系统这一特点,首先建立了三通道控制问题加权性能结构模型,并研究了权函数的选取;然后,设计了H∞鲁棒控制器,并进行降阶处理;最后,进行了仿真验证。仿真验证表明:该设计方法能有效克服各通道的交叉耦合作用,可以满足倾斜转弯无人水下航行器的控制设计要求。     

基于冗余管理的水下航行器深度容错控制方法

随着海洋开发的日益增加,水下航行器的研究也进入了快速发展阶段,如何保证航行器在水下恶劣环境中可靠工作成为急待解决的问题,尤其对于超远航程和超长航时的航行器,其航行过程中难免会发生意外错误,因此在保证性能的同时,如何提高水下航行器的容错能力成为近年来研究的一个热点问题.提出了一种基于冗余管理(Redundancy Management)理论的水下航行器容错控制方案,方案有效利用了航行器中各传感器的冗余性,减少了硬件设备的增加,降低了成本,并利用有限元状态机方法进行了Matlab程序仿真,结果表明,整个方案设计合理,容错控制律真正达到了"容错控制"的目的.     

基于水下目标定位的领航者-跟随者水下航行器编队控制

自主水下航行器是海战中水下武器的重要组成部分,多水下航行器协同作战可提升整个系统的作业效率与鲁棒性。针对水下航行器领航者-跟随者编队控制中跟随者获取领航者信息的方式,提出了基于水下目标定位方法的领航者-跟随者编队控制框架,设计了基于李雅普诺夫方法的编队控制器,证明闭环系统的一致渐进稳定。最后通过仿真案例佐证了本文的理论成果。     

非线性干扰观测器的高超声速飞行器自适应反演控制

针对高超声速飞行器参数不确定弹性体模型,提出了一种基于非线性干扰观测器的自适应反演控制器设计方法。将曲线拟合模型表示为严格反馈形式,采用反演方法设计控制器。采用动态面方法获取虚拟控制量的导数,避免了传统反演控制"微分项膨胀"问题。为了增强控制器的鲁棒性,基于二阶跟踪-微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,以此对模型不确定项进行自适应估计和补偿。仿真结果表明,控制器对模型不确定性和气动弹性影响具有强鲁棒性,且能实现对速度和高度参考指令的稳定跟踪。     

超音速靶弹的鲁棒自适应反演控制系统设计

针对靶弹超音速低空巡航的模型不确定性以及外界气流对靶弹产生干扰等问题,研究了一种适用于超音速低空巡航靶弹的鲁棒自适应反演控制方法。建立了一种非匹配不确定性的超音速低空巡航靶弹非线性动力学模型,利用反演设计法求取虚拟控制和实际控制,并在虚拟控制和实际控制中引入自适应鲁棒项,以抵消系统不确定性的影响。利用Lyapunov稳定性理论证明控制系统稳定。仿真表明,所设计控制器能有效解决系统不确定性及外界干扰问题,具有较强鲁棒性。     

水下航行器动力定位下的运动轨迹设计与仿真

对远程低速水下航行器在动力定位系统作用下的运动进行了研究.远程低速水下航行器由于航程远必须采用GPS全球导航定位系统进行导航,于是水下航行器就必须具有动力定位的能力,使之可以在需要GPS导航的时候上浮到近水面,导航完成后再下潜回航行深度.在建立水下航行器运动数学模型及进行推力分配的基础上,对远程低速水下航行器的典型运动轨迹进行了仿真,并对仿真结果进行了分析.     

基于几何算法的水下航行器路径规划

在分析水下航行器路径规划影响因素及主要障碍物特点的基础上,提出了一种基于几何算法的水下航行器路径规划算法,并采用该算法对障碍物进行建模和路径规划研究,解决了水下航行器航经多障碍物海区的路径规划问题.最后,通过仿真试验验证了该算法的准确性与可行性.     

一类三角结构非线性系统状态参考反演变结构控制

针对一类三角结构非匹配不确定性非线性系统,结合参考状态、反演设计和变结构控制方法,研究了其在非匹配不确定性和未知干扰下的跟踪控制问题,提出了状态参考反演变结构控制策略,设计的状态参考反演变结构控制器实现鲁棒输出跟踪,闭环系统在有限时间进入滑动模态.仿真算例证实了理论研究成果的正确性和可行性.     

模糊控制在AUV舵机控制系统中的应用

研究了AUV舵机的模糊PID控制问题.针对传统模糊PID控制存在量化误差和调节死区,稳态精度较差的缺陷,提出了基于变论域思想的模糊PID控制新策略,设计了自主水下航行器(AUV)的舵机控制器,给出了模糊PID控制SIMULINK仿真图.仿真结果表明,舵机控制系统的快速性、稳定性、稳态精度等指标都得到了改善,从本质上消除传统模糊PID控制存在的稳态误差和稳态颤振现象,验证了该方法的正确性和可行性.     

基于反步法的高超声速飞行器终端滑模控制

为了使高超声速飞行器在再入过程中完成姿态控制,在反步法的基础上将模糊自适应和终端滑模控制相结合设计控制器。对于姿态角动态,使用反步法和模糊自适应设计虚拟控制律;而对于角速率动态,利用终端滑模方法设计控制器,能够有效提高系统鲁棒性。稳定性分析说明所提方法可以保证系统状态的一致渐进有界性。     

AUV纵倾角动态面滑模自适应控制

对于自主水下机器人(AUV)纵倾角跟踪问题,提出一种基于动态面滑模思想的自适应控制方法。首先对自治水下机器人纵倾角运动模型进行简化,其次针对不确定外干扰的情况,设计了自适应规律,对外干扰进行估计,在此基础之上设计了动态面滑模自适应控制器,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性,最后通过给定参数的仿真实验结果可知,所设计的控制器在系统受到不确定外干扰时,表现出良好的鲁棒性。     

自主水下航行器导航技术

水下导航技术是自主水下航行器发展的关键技术,因而得到了广泛的关注。简要介绍了自主水下航行器的重要性及国外的发展概况,对国外水下航行器所采用的导航技术进行了综述,并就我国应采取的对策与措施提出建议。     

复杂海战场环境下AUV全局路径规划方法

针对无人自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在复杂海战场环境中路径规划时环境模型复杂、约束条件多的情况,建立了包括战场地形、敌方威胁、障碍物和海流场等在内的比较完善的海战场环境模型.以AUV航行时间、威胁时间最短为优化目标,给出了一种基于振荡型入侵野草优化(Invasiv...     

一类非线性系统的自适应模糊反推近似滑模控制

针对一类含有未知非线性函数项和外界干扰的不确定纯反馈非线性系统,提出了一种自适应模糊反推近似滑模变结构控制方法。采用中值定理和隐函数定理使未知非仿射输入函数拥有显式的控制输入,利用模糊系统逼近未知非线性函数,动态面控制技术解决了反推设计中出现的"微分爆炸"问题。所提出的自适应近似滑模控制方案削弱了传统滑模控制中的抖振现象。从理论上证明了所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号半全局一致终结有界。仿真算例验证了算法的有效性。     

某新型远程AUV的视景建模及可视化仿真研究

在某新型远程自主水下航行器（AUV）的几何空间坐标方程和运动学数学模型的基础上，根据该新型AUV的组成和物理特性完成其在虚拟场景中的三维模型构建。该模型不仅可以准确反映AUV的各项物理参数和真实尺寸，而且可以在数学仿真的同时实现模型仿真的可视化，更加直观、生动和实时地反映AUV的位姿状态以及巡航、悬停和目标跟踪等过程。     

Research on simultaneous localization and mapping for AUV by an improved method: Variance reduction FastSLAM with simulated annealing

At present, simultaneous localization and mapping (SLAM) for an autonomous underwater vehicle (AUV) is a research hotspot. Aiming at the problem of non-linear model and non-Gaussian noise in AUV motion, an improved method of variance reduction fast simultaneous localization and mapping (FastSLAM) with simulated annealing is proposed to solve the problems of particle degradation, particle depletion and particle loss in traditional FastSLAM, which lead to the reduction of AUV location estimation accuracy. The adaptive exponential fading factor is generated by the anneal function of simulated annealing algorithm to improve the effective particle number and replace resampling. By increasing the weight of small particles and decreasing the weight of large particles, the variance of particle weight can be reduced, the number of effective particles can be increased, and the accuracy of AUV location and feature location estimation can be improved to some extent by retaining more information carried by particles. The experimental results based on trial data show that the proposed simulated annealing variance reduction FastSLAM method avoids particle degradation, maintains the diversity of particles, weakened the degeneracy and improves the accuracy and stability of AUV navigation and localization system.     

文章编号：基于多目标进化搜索算法的AUV地磁仿生导航方法

针对水下自主航行器(AUV)地磁多参量多目标搜索的问题,提出了一种基于磁趋势敏感的多目标进化搜索算法。在进化算法的结构下,利用地磁场参量与导航路径的约束关系,以磁趋势敏感作为后验评估准则,建立导航模型,使得地磁多分量伴随航行器的运动同时同地收敛至各自目标值,实现导航目的。通过与六边形路径搜索算法的仿真对比,验证了多目标进化搜索算法的有效性和优越性。     

深海潜水器ARV关键技术

较为详细地介绍了一种全新概念的深海潜水器(ARV),此潜水器综合了自治水下机器人(AUV)和遥控水下机器人(ROV)的各自优势,既可以像AUV一样依靠预设指令进行自主巡航,又可以像ROV一样,通过水面视频画面控制进行精细作业。其最大的特点是用微细光缆代替了传统的脐带电缆,使ARV更具远距离、大深度、实时操作、机动灵活等特点。介绍了其系统组成、关键技术和国内外发展水平及其发展的重要意义。