基于航路点跟踪的AUV回收控制

针对军事侦察和海洋观测领域中对自主水下航行器(AUV)自主回收能力的需求,研究了AUV自主回收中的航路点跟踪控制问题.在海流干扰作用下,设计航路点规划跟踪路径,然后运用自适应滑模方法设计AUV的动力学控制规律.采用横向跟踪控制算法,使AUV精确地沿着规划的运动路径进入回收器中.仿真结果表明,所设计的控制规律是有效的,AUV能较好地完成航路点的跟踪任务,并最终到达回收器中实现了对接.     

子母型自治水下航行器回收控制视景仿真

基于VisualC++,Vega Prime,Multigen Creator和Matlab对子母型自治水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)回收控制视景仿真系统进行了开发研究。通过建立子/母AUV的动力学方程,给出了一种基于主-从运动状态同步思想的母AUV自主回收子AUV的控制方案。依据该方案,利用Multigen Creator创建了子/母AUV的实体模型,并由Vega Prime导入模型进行场景配置,以Matlab作为后台对子/母AUV的动力学方程进行实时计算,然后,采用VisualC++平台进行综合集成,得到子母型AUV回收控制视景仿真系统,并通过实例演示进行了验证。     

基于人工势场的潜艇搭载AUV回收路径规划

紧密结合未来无人作战侦察对潜艇搭载自主水下航行器(AUV)水下自主回收的需求,对水平面内基于水声定位的AUV的自主回收对接技术进行了研究。运用了基于人工势场的导引方法规划了AUV的回坞路径,然后基于AUV的运动方程设计了滑模跟踪控制律来解决AUV在复杂的回收环境下的避障问题,并通过引入"填平势场"来引导AUV走出局部极小点。最后采用了REMUS AUV的模型参数对水下回收进行了仿真试验研究,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于AKF的AUV对接回收组合导航研究

针对自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在回收过程中的组合导航精度问题,提出了一种改进的高斯距离迭代法及改进的自适应卡尔曼滤波算法(Adaptive Kalman Filter,AKF).基于AUV回收对接系统,研究并建立了针对惯导SINS、超短基线USBL、多普勒计程仪DVL和深度计的基于斜距的组合导航模型.通过对SINS/USBL/DVL/深度计组合导航量测信息误差特性分析,设计了改进的基于斜距的SINS/USBL/DVL/深度计组合导航模型;针对该模型突出的滤波发散问题,设计了基于滤波收敛性判据和强跟踪滤波思想改进的AKF滤波算法进行有机融合.仿真结果表明,此研究使实际AUV系统具有更高的滤波精度和可靠性.     

凝结水泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析电站凝结水泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.首先,建立了某三级凝结水泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对凝结水泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵若干工况下的扬程和功率等性能参数和泵内部流动特征,计算结果与试验数据吻合很好.模拟结果及分析表明:采用CFD方法模拟结构复杂的凝结水泵内部流动和进行性能预报是可行的.通过内流场分析还发现导叶体等部件的设计有可改进之处.     

运动矢径对AUV协同定位精度影响的仿真

针对在基于运动矢径的自主水下航行器(AUV)协同定位算法中运动矢径对定位精度的影响进行了仿真分析.利用扩展卡尔曼滤波设计了AUV协同定位算法,通过设定不同的运动矢径对该协同定位算法进行仿真,分析研究了运动矢径的变化对定位精度的影响.仿真结果表明,该定位算法受运动矢径的影响,增大运动矢径会使滤波误差波动变大,降低定位精度.     

球体结构近水面运动过程附加质量研究

基于CFD平台,运用VOF法和动网格技术,针对球体结构近水面运动过程提出了一种新的附加质量求解方法,推导了相应的数学公式,构建了数值模型,设定不同的运动规律对方法进行了验证分析,在此基础上,计算了不同浸深状态时球体结构的附加质量。结论表明,提出的求解方法正确有效;接近自由面过程中,球体结构的垂向和横向附加质量均呈下降趋势,顶端刚好接触自由面时分别下降29.6%和16.2%,对球体结构稳定性、安全性设计的影响不可忽略。     

自治式水下航行器的控制结构

自治式水下航行器(AUV)和其它空中、陆地和水中无人驾驶航行器一样都有一般的控制问题。除了需要用于实时任务执行的高维和计算上密集的传感数据外,水下环境的动力和通信限制使得开发AUV的控制结构变得更加困难。本文介绍用于AUV的四种控制结构(分级的、不分级的、包含的和混合的结构)。详述11种AUV控制结构系统,体现了AUV技术水平和风格。还叙述新的基于传感器的嵌入式AUV控制系统结构并讨论其实现。     

基于SINS/GPS组合导航的AUV半实物仿真系统设计(英文)

为了满足水下航行远航程和长时间的要求,远航程自主水下航行器(AUV)采用的是以SINS导航为主、卫星导航定期修正的方式,以提高导航的精度和可靠性.设计一种采用GPS卫星定位导航模拟器、GPS接收机、惯性测量器件(IMU)和实时仿真计算机构成的采用SINS/GPS组合导航方式的AUV导航半实物仿真系统,并对该系统的硬件接口设计、算法和软件开发进行了论述.所开发的系统通过外部的线运动补偿实现了惯性导航系统的完整计算,通过时间同步策略解决了各导航子系统的并行同步问题.部分仿真试验的结果表明,所设计的半实物仿真系统方案可行,可用于更高置信度的AUV组合导航仿真实验.     

一种基于极坐标模型的多AUV协同导航与定位算法

为了解决多个自主式水下无人航行器(AUV)在作曲线轨迹的航行时常规协同导航算法精度较低的难题,提出了一种基于极坐标的多AUV协同导航与定位算法.首先,将本算法的模型、可观测性与常规的直角坐标系算法进行了分析与对比.接着,进行了基于实航数据的数值仿真.针对解决各种传感器受异常噪声干扰导致多AUV协同定位误差变大的问题,本...     

激波诱导异质气体界面失稳的数值模拟

基于二维N-S方程,利用有限差分数值离散方法,对激波诱导异质气体界面失稳的现象进行了数值模拟,与文献中实验结果和计算结果进行了定性比较,并进一步分析了整个流动的非定常动态变化特性和非线性特征.研究表明,本文数值模拟的非定常流场图谱与文献中的实验结果和数值结果吻合较好;数值结果捕捉到了六氟化硫界面的演变过程及流场中复杂的波系结构.     

载人飞船等离子体鞘电子密度分布的数值计算

研究高温空气的不同物理模型对载人飞船返回舱等离子体鞘电子密度的影响 ,包括热力平衡的化学非平衡模型与热力、化学都是非平衡的模型的比较 ,以及七组元模型与十一组元模型的比较。采用NND格式和时间预处理技术 ,得到了非平衡流全NS方程的时间渐近解 ,计算了载人飞船等离子体鞘电子密度的典型结果。与飞行试验及有关文献数值计算结果之比较表明 ,本文的计算结果是可信的     

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。     

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(Invasive Weeds Optimization, IWO)算法的AUV全局路径规划方法,并分别与标准IWO算法、全振荡型IWO算法以及粒子群算法等三种路径规划算法比较。仿真结果表明,所提方法具有较强的寻优能力和鲁棒性,可在复杂海战场环境下为AUV高效地规划出满足性能要求的航行路径。     

基于非线性动力学的液体火箭发动机高频不稳定燃烧过程

采用非线性动力学方法对液体火箭发动机非线性高频燃烧不稳定工作过程进行了研究。气相控制方程组用欧拉坐标系下的Navier Stokes方程组描述,液相控制方程组在Lagrangian坐标系下进行描述,气、液两相作用通过方程组的源项互相耦合。用高压蒸发理论对火箭发动机喷雾过程进行了描述。采用计算燃烧学的方法对发动机燃烧室内的湍流两相燃烧过程的稳定燃烧状态和高频不稳定燃烧现象进行了数值模拟。通过分析和讨论,得出了火箭发动机高频不稳定燃烧过程的波动过程类似于奇异吸引子的结论。     

1D study of the detonation phenomenon and its influence on the interior ballistics of the combustion light gas gun

One-dimensional simulations with a detailed hydrogen-oxygen reaction mechanism have been performed to investigate detonation phenomenon in a combustion light gas gun (CLGG). Convection fluxes of the Navier-Stokes equations are solved using the WAF (weighted average flux) scheme HLLC Riemann solver. A high resolution fifth-order WENO scheme for the variable extrapolation at the volume interface and a fourth-order Runge-Kutta scheme for the time advancement are used. Validation tests of the stoichiometric hydrogen-oxygen deflagration to detonation transition process shows good agreement between the computed results and the analytical and documented solutions, demonstrating the reliability on the detonation simulation of the current scheme. Simulation results of the interior ballistic process of the CLGG show that the flame propagation experiences three distinct stages. The blast detonation wave causes a high-pressure shock and hazardous oscillations in the chamber and makes the projectile accelerate with fluctuations, but has only a small improvement to the muzzle velocity.     

Numerical research on adverse effect of muzzle flow formed by muzzle brake considering secondary combustion

The simulation of the artillery interior and intermediate ballistics problem is performed to investigate the influence of a gas dynamics device, muzzle brake, on the muzzle hazard phenomena, such as flash and blast waves. The correlation of the chemical reactions with the characteristics of the muzzle flow field is analyzed by the simulation for a further understanding of the secondary combustion phenom-enon of the muzzle flow. The novel structure of muzzle flow caused by the muzzle brake is presented by the simultaneous solution of the interior ballistics model and multi-species Navier-Stokes equations in order to analyze the influence of the muzzle brake structure on the chemical reactions. The secondary combustion of the muzzle flow due to the oxygen-supplement chemical reactions is obtained by the chemical reaction kinetic model. The interaction of the blast waves released from the muzzle brake is illustrated in detail and the mechanism of the formation of muzzle flash is analyzed. This research provides a reference for the studies on the suppression of the muzzle flash.     

三维高超音速干扰流场数值模拟与实验验证

采用Osher Chakraverthy的TVD格式、Baldwin Lomax湍流模型和LU SSOR隐式方法求解了完全NS方程 ,数值模拟了三维高超音速绕流与横向喷流干扰流场。并在高超音速炮风洞中开展了喷流实验研究 ,对该喷流流场的数值计算结果进行实验验证     

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.     

AUV分布式自主控制与使命管理方法

提出了一种AUV(Autonomous Underwater Vehicle)自主控制的分布式体系结构与使命管理方法.将自主控制系统分为若干采用慎思/反应混合模式的智能体.每个智能体不仅可以独立地处理事件和进行决策,还可以与其他智能体进行合作来完成复杂的AUV任务.基于该体系结构,研究了AUV使命管理的动态协作机制.利...