摘要：为解决滑翔机大滑翔角度切换时的稳定控制问题,进行非线性运动控制多方案研究。分别基于非线性模型设计了Lyapunov控制器,考虑执行机构特性,设计了带有时滞环节的执行机构位置控制器,并设计了LQR控制器,以作对比分析。通过仿真研究,对比分析两种非线性控制方案的特性。

摘要：[目的]浮力调节系统是控制水下滑翔机潜浮状态及滑翔速度的关键组件。为了深入研究浮力调节系统,[方法]通过对水下滑翔机及其浮力调节系统的理论分析和CFD计算,以获得浮力调节量这一重要的设计参数。研制了具有出油和回油两通路的浮力调节系统、采用高压柱塞泵实现在深水环境下向外出油、低能耗齿轮泵实现在浅水环境下回油的浮力调节系统。在不同压力环境下对出油和回油特性及其能耗进行实验测试。[结果结果]结果表明:在2.5 MPa压力环境下,浮力调节系统出油过程正常;在大气压力环境下,浮力调节系统的回油过程正常,所研制的实验装置可模拟水下滑翔机实际运行环境的海洋压力。[结论]研制工作可为浮力调节系统的工程应用提供有益参考。

摘要：无人水下滑翔机是一种高效的水下机器人。实尺度滑翔机在一般水池内很难形成稳态的滑翔运动,不便于研究分析其动力学问题,因此设计一种实验尺度的水下滑翔机,详述滑翔机的设计、建模、控制与试验研究。首先,简述实验尺度滑翔机结构,利用CFD软件计算壳体的水动力参数。然后,根据机体的内部质量分布,建立滑翔机的动力学模型。最后,设计垂直剖面运动的线性二次型调节器(LQR)控制器与线性Kalman观测器,并在观察环节加入一定量的白噪声干扰。仿真结果表明,设计的控制器与观测器可在一定量干扰存在的情况下保证机体的正常运行。水池试验的结果表明,设计的滑翔机可在3 m水深范围完成稳态滑翔运动,并具有良好的稳定性及操纵性。

摘要：水下滑翔机作为一种具有长续航能力的水下航行器,可通过搭载特定传感器实现对一定水域环境的监测。为解决滑翔机对浅水域环境的监控问题,文中提出一种运行于浅水域的水下滑翔机设计方案,分析了俯仰和浮力机构调节与俯仰角度的耦合方式对其整体性能的影响,设计了基于丝杆副传动装置的可快速调节的单冲程浮力调节系统,并采用鳍舵调节装置实现机体的转弯调节。同时综合考虑机体内部各移动部件状态变量,建立浅域滑翔机动力学模型,设计了线性二次调节器(LQR),确定控制器各权重参数,实现了浮态切换的快速调节控制,并通过水池试验测试其运动能力。试验结果表明,研制的水下滑翔机可在3 m水深内顺利运行,转弯半径小,可达9 m,完全满足在浅水域稳定运行与顺利巡航的要求。

摘要：针对具有非最小相不稳定内部动态的水下滑翔机运动控制问题,采用基于稳定逆技术的设计方法设计了前馈控制器。水下滑翔机在有限时间内的稳态间转换过程,被视作两点边值问题。将一种新型前馈控制器设计方法拓展,应用于非线性多输入多输出水下滑翔机系统;利用两点边值条件,为前馈控制器设计了期望输出轨迹。仿真结果表明,在设计的前馈控制器作用下,滑翔机内部动态的解,不仅是有界的,而且是因果的;通过选定合适的转换时间,可以满足滑翔机系统的输入输出限制,降低对控制输入激励的需求。

摘要：水下滑翔机是高阶非线性系统,传统的线性控制方法在滑翔机俯仰角大幅度转换过程中易出现调整时间变长,控制精度下降等问题。通过研究水下滑翔机动力学模型,在保留模型非线性特征的前提下,分别设计了基于反步法以及基于输入输出反馈线性化的水下滑翔机纵倾运动控制器。数值仿真表明,在俯仰角大范围转换动态过程中,2种方法均能实现滑翔机纵倾运动的控制,反步控制器更适宜用于俯仰角的控制,而输入输出反馈线性化对压载水囊质量的控制则更胜一筹。

摘要：为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形,基于CFD方法建立了滑翔机仿真模型。分析了平板机翼各参数间的关系,结合滑翔机特性,将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。通过对比分析各参数对升阻比的影响,提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响,结果表明,滑翔机各状态变量快速收敛,保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。

摘要：针对软体机器人如何实现自生长即可任意伸缩转向的问题,通过对日常生活中手套薄膜的内翻充气现象的研究,结合植物生长素趋光性引起的非竖直生长原理,利用聚乙烯(Polyethylene,PE)高压塑料薄膜设计了一种仿生藤蔓植物生长的软体机器人。使用SolidWorks软件进行机器人零部件设计和整体装配,利用电机带旋转轴的结构,采用气泵对不同薄膜气室充气,模拟机器人在管道中的运动。最后,为验证设计的可行性,搭建了机器人实物进行试验。结果表明,设计的仿生植物藤蔓生长机器人可以做到如同藤蔓植物一样的灵活性和通过性,通过合适的控制方法,精准控制机器人的运动方向。设计的机器人可应用于考古遗址,协助考古学家开展一些探测工作,亦可应用于特定场所实施救援工作等。

摘要：目的提高海洋滑翔机浮力调节系统的可靠性,进一步降低系统功耗,设计气压与液压结合的低功耗浮力调节系统。方法基于理论分析确定系统的体积控制量,设计气压调节模块以保证高压油泵的正常工作与回油的顺利进行。利用有限元方法分析承压管路的可靠性,通过实验测试,验证浮力系统的响应性能。结果浮力系统的排油效率随着外压的增大而减小,2MPa的压力会使出油率降低3%左右,同时功耗增加50%左右。在大气压力环境下,依靠系统内负压,400 s即可完成回油600 mL,完成上浮到下潜的转换。结论设计的浮力调节系统的气压调节装置能以较低的功耗保障主泵的正常工作,同时保障回油过程的通畅,满足海洋滑翔机对浮力调节的要求,可以应用于一般海洋深度的水下滑翔机。

摘要：我国已成功研制出多种深海机器人与作业装备,构建了较完整的深海科考作业装备体系,取得深海观测、生物取样与矿物收集等成果,为世界深海研究做出了巨大贡献。从深海采样机器人与作业装备等2个方面进行综述分析,整理深海科考作业装备的发展脉络,为深海装备谱系的建设提供参考。