摘要：针对自主水下机器人(AUV)面向海底起伏地形跟踪的实际应用需求,设计了基于预设性能制导律的鲁棒时滞跟踪控制器,实现执行机构时滞下的AUV起伏地形跟踪,同时可提升其航行安全性能.首先,基于航行安全性能函数对地形跟踪误差进行转换,结合时变视线制导角在运动学层面设计了预设性能制导律,为AUV动力层提供参考状态输入.其次,为处理执行机构时滞问题并降低精确建模需求,结合径向基函数(RBF)神经网络设计了鲁棒时滞动力学控制器.最后,采用李雅普诺夫理论证明了基于预设性能制导律的鲁棒时滞跟踪控制系统闭环稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器可实现AUV起伏地形鲁棒跟踪,且瞬态跟踪误差时刻处于预设性能范围之内,可提升AUV在跟踪海底起伏地形时的航行安全性能.

摘要：[目的]旨在设计一种内嵌规范的内河船舶结构自动校核软件,以解决采用手工规范计算方法进行结构设计带来的校核效率低、模型复用难等问题。[方法]软件基于模型-视图-控制器(MVC)框架,以船体模型为中心,开发结构数据库、可视化剖面、规范计算等核心功能模块。设计结构分层模型进行参数管理和共享,模型抽象化以表达特殊结构并与规范解耦,同时结合派生技术,便于软件更新和模型复用。[结果]算例分析表明,基于结构参数抽象的校核软件可保证规范计算的完整性和精度,实现对各类内河船型及规范的完全兼容与组合校验。与手工计算的结果相比,误差不超过0.06%。[结论]该软件可突破不同船型和规范的限制,实现内河船舶结构校核流程化和智能化,降低设计人员对繁杂规范的依赖,同时提高设计、审图质量和操作效率。与同领域软件相比,所提软件兼具计算准确和快速建模的优点。

摘要：针对无人艇开发周期长、控制及感知模块难以综合测试等问题,提出了一种基于USVSim和MATLAB的无人艇综合仿真系统,实现无人艇航行控制系统快速开发和模拟测试的任务需求。该仿真系统由基于Matlab/Simulink的指令下发界面、基于Robot Operating System架构的无人艇控制系统和基于USVSim的虚拟仿真场景3部分组成。该系统为水面无人艇开发与测试提供了三维可视化仿真测试工具。该平台引入虚拟物理仿真引擎,使仿真结果更加直观。同时相机、激光雷达等常用的环境感知传感器可以作为插件应用在仿真器中,使仿真阶段贴合实际。平台具有开源的雷达、相机、GPS、姿态传感器、里程计等常用传感器,具有良好的可扩展性;也能根据平台硬件性能模拟不同海况或者多艇协同。以无人艇视线法制导算法为例,控制对象为自行研发1.75 m无人艇仿真模型,进行综合仿真性能测试。结果表明,该仿真系统达到预期效果,为后续无人艇感知-规划-控制的深入研究提供了验证平台。

摘要：基于数值仿真方法研究了一种高性能水面船型——小水线面三体船的垂荡、纵摇运动及侧体位置对其所受阻力的影响。采用RANS方程和SST k-ω湍流模型,对其在不同约束条件下的水动力性能进行数值仿真,讨论不同约束条件对仿真结果的影响。在半约束条件下数值模拟其不同侧体位置的水动力性能,研究侧体布局对其阻力的影响。结果显示,半约束时三体船的模拟阻力较全约束时在低、中、高航速下分别增加了6.8%,4.5%和7.5%;不同侧体布局时,三体船的总阻力差异主要来自于压差阻力(变化率为27.7%)。研究表明论文使用的CFD模拟方法是有效的,同时释放垂荡和纵摇自由度时小水线面三体船的总阻力模拟结果较全约束时有所下降;高航速下(Fr=0.5),侧体纵向、横向相对位置的改变会形成不同性质的兴波干扰,显著影响船体阻力。

摘要：[目的]为了保障复杂未知环境下自主式水下机器人(AUV)的安全,防止意外触底,提出AUV近底动态安全领域模型,建立分级应急响应措施。[方法]建立AUV垂直面运动模型并通过超越试验对比验证,求解主动安全领域及被动安全领域距离,建立AUV近底航行动态安全领域模型,基于该模型设计AUV应急控制系统与应急策略。基于实时纵倾和对底高度状态,计算当前及未来危险系数,通过分配权重系数求得综合危险系数,用于指导AUV应急响应决策。[结果]通过分析湖试定深和定高航行试验,当河床高度相距AUV主动安全领域边界较近时,综合危险系数与河床高度的相关性较强,反之则较弱。结果表明,AUV应急控制系统在起伏地形下作业时能减少应急决策虚警,而在近底航行作业时又能减少应急决策漏警,从而实现在复杂起伏地形下近底航行时的合理应急决策。[结论]基于垂直面运动方程建立的近底安全领域模型与应急响应策略能够用于AUV水下航行近底危险实时预测,可提高AUV水下自主航行的安全性。

摘要：基于C/S网络化架构,设计了一种船舶电站无线远程多机监控系统。系统采用本地和远程两级分布式控制体系,可实现在C/S模式下监控系统的服务器与多台远程客户端同时进行电站监控。文中介绍了船舶电站监控系统的总体框架,提出了基于本地基站监控系统与远程无线监控系统的两级监控体系架构,通过在Lab VIEW平台上嵌入TCP/IP无线网络通信协议,实现本地服务器与远程客户端两级之间的实时通信及船舶电站状态监控;分析了基于Lab VIEW平台的远程无线监控系统软件的设计要点,并通过实验验证了系统的可行性和稳定性。该监控系统界面友好,功能完善;相对于传统的现场总线监控,这种两级网络化监控是一种更加灵活方便的智能监控模式,操作方便,易于实现。

摘要：[目的]为了研究水下无人航行器(UUV)动力定位过程中受到外界时变干扰以及推进器故障时的控制方法,提出可实现推进器容错控制的非线性观测自适应推力分配策略。[方法]首先基于幂次滑模方法进行UUV动力定位控制器设计,并采用非线性观测器实现对外界环境干扰的有效估计;然后结合外界扰动估计值以及故障模式下的状态偏差序列构建二次规划问题,对其求解获得各推进器的效率因子,以修正推力分配矩阵,从而实现推进器容错下的自适应推力分配。[结果]仿真结果显示,UUV控制系统能够有效估计外界环境干扰以及各推进器效率因子,即使部分推进器出现故障,UUV仍能降格完成动力定位任务。[结论]研究表明所提出的自适应推力分配策略及滑模控制算法合理,适用于存在外界环境干扰以及推进器故障的复杂工况。

摘要：针对舵桨联动式欠驱动水下机器人定深巡航任务,在运动学阶段设计关于垂向深度差的渐近视线制导角,从而将定深跟踪过程中垂向和俯仰的耦合控制转变为单一可控的俯仰控制,解决水下机器人垂向自由度上欠驱动特性.基于反步法技术在动力学阶段构建全系统李雅普诺夫函数,避免了运动学子系统与动力学子系统合成引起的复杂级联分析,提高了算法的艇载移植性.仿真结果表明:所设计的控制器对未知海流干扰具有一定的鲁棒性,能够确保欠驱动水下机器人准确跟踪期望的深度.

摘要：基于工业以太网标准Modbus/TCP通信协议,提出了一种岸基监控台与无人水下航行器之间的实时通信方案,以对无人水下航行器的位姿、状态进行实时监视与远程控制,并完成了基于工业Modbus/TCP协议的无人水下航行器监控系统设计。文中给出了该监控系统的水面和水下两级结构与组成,并详细地讨论了通信协议的确定以及两级系统的硬件平台搭建和监控软件设计;最终,完成了对无人水下航行器监控系统的水池联调试验。水池联调试验结果表明:基于工业Modbus/TCP协议的无人水下航行器监控系统实时性好,可靠性高。

摘要：为预报水下航行器样机操纵性和运动控制性能,采用格特勒标准六自由度运动方程,通过水池拖曳试验获取水动力系数,建立水下航行器运动模型,完成水平面回转操纵、Z型操纵、回舵操纵、垂直面梯形操纵和空间螺旋操纵等仿真.仿真结果表明:该水下航行器具有良好的应舵性能和回转性能,同时具有良好的机动性和稳定性;并将全模型仿真与经典的野本简化模型仿真结果进行比较,说明了本方法的精确性.对操纵性能的评估结果表明所设计的水下航行器满足水下智能控制试验平台的要求.