摘要：为了解决传感器的安装角偏离误差以及量测误差导致的无人潜航器(AUV)在水下自主航行时不能满足长时间导航定位的要求,对航位推算算法进行了研究.针对AUV在高纬度、长时间航行中曲率半径的变化,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述;针对数据滤波实时性的要求,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)对卫星导航系统(GPS)数据进行滤波,并利用AUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正.对提出的导航算法进行了试验验证,结果表明AUV的自主导航定位精度为0.75%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法.

摘要：针对无人潜航器(unmanned underwater vehicle,UUV)在多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)的量测噪声以及安装角偏离误差影响下,自主航行时不能满足长时间导航定位的问题,一方面基于Mallat算法的小波分解和单层重构方法对DVL量测速度进行滤波;另一方面,利用UUV湖试数据对传感器的安装偏离误差进行了校正。针对UUV在高纬度、长时间航行特点,采用地球参考椭球体作为地球几何形状的数学描述。最后对提出的导航算法进行了算法验证及自主导航控制试验,结果表明UUV的自主导航定位精度均小于0.5%,满足设计要求,并优于改进前的航位推算算法。

摘要：为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)的精确地形跟踪控制,设计了一种自适应神经网络控制器.采用径向基神经网络估计时变水动力阻尼引起的AUV模型不确定部分和外界海流干扰,设计自适应学习律来实现神经网络权值的最优估计.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了跟踪控制系统的稳定性,设计的控制器可以使闭环误差系统渐近稳定且系统状态有界.仿真实验中选择实际测量得到的期望随机真实地形进行跟踪实验,并且要求AUV相对地形保持一个恒定的高度偏差.结果表明,该控制方法可以有效地降低模型非线性和不确定性引起的扰动,具有较高的跟踪精度,满足实际工程需求.

摘要：针对过程噪声为非理想高斯分布时无人水下航行器(UUV)自主导航定位存在噪声模型失配的问题,将高斯混合密度模型与容积卡尔曼滤波(CKF)相结合,设计了基于高斯混合容积卡尔曼滤波(GM-CKF)的UUV导航定位算法。建立了UUV运动模型及观测模型,利用CKF完成各高斯分量的预测更新,并将更新结果进行融合缩减与加权求和,从而实现UUV自主导航定位。通过与EKF、UKF和CKF算法仿真对比实验,验证了GM-CKF可以提高估计精度;通过UUV湖试试验,验证了基于GM-CKF的UUV自主导航定位精度和稳定性优于传统算法,其计算时间满足实时导航定位的要求。

摘要：为实现无人水下航行器(UUV)在测量状态受外界干扰或不可量测时的纵倾控制,设计一种基于线性矩阵不等式(LMI)的H∞滤波器来估计状态量并进行纵倾控制。针对纵倾控制系统方程的系统矩阵在虚轴上存在极点的问题,利用特殊双线性变换方法对系统方程进行变换使之满足滤波器设计要求。针对UUV纵倾控制系统中部分测量状态受干扰而引起控制器输出振荡的问题,基于LMI为特殊双线性变换后的UUV纵倾控制系统设计了一个鲁棒H∞滤波器,再经过反变换得到所需的滤波器。该UUV纵倾控制系统的仿真结果表明,该滤波器能够消除测量噪声的影响,运动状态估计值准确并可提高UUV纵倾控制系统的控制品质。

摘要：针对参数摄动以及外界环境扰动条件下欠驱动水下无人航行器(UUV)地形跟踪控制任务,提出了一种基于反步法(Backstepping)和积分滑模控制方法(ISMC)的地形跟踪控制策略。首先,利用航行器的运动学特性以及局部Serret-Frenet坐标系,建立UUV地形跟踪误差方程。然后,分别采用反步法和ISMC设计运动学控制(制导律)和动力学控制器。利用有限时间稳定性理论证明该地形跟踪控制策略作用下的闭环运动系统为全局有限时间收敛的。仿真结果表明,所提出的地形跟踪控制策略可以有效地实现地形跟踪任务,并且对于参数摄动以及外界干扰具有很强的鲁棒性。

摘要：针对传统同步构图定位(SLAM)传感器具有数据量大、处理速度慢、实时性差的不足和基于扩展卡尔曼滤波的同步构图定位(EKF-SLAM)具有对水下无人航行器(UUV)位置估计精度低、甚至发散的缺陷,把带次优渐消因子的扩展卡尔曼滤波器应用到了导航系统中,提出了基于多元测距声呐(MRS)的UUV结构环境SFEKF-SLAM(suboptimal fadingextended Kalman filter-SLAM)方法.首先建立基于霍夫变换的水下MRS特征提取模型,设计了基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统,利用该系统可以对UUV的状态进行预测,结合MRS信息可以对UUV周围结构环境进行状态更新.海试结果验证了基于霍夫变换的水下MRS模型能够有效提取环境特征,基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统相对于常用的基于EKF-SLAM的UUV导航系统具有更高的定位精度,能够构建更加精确的港口堤岸地图.

摘要：为实现欠驱动无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle,UUV)在未知海流干扰作用下的三维航迹跟踪控制,提出一种基于工程解耦思想设计的非线性迭代滑模航迹跟踪控制器.基于虚拟向导的方法,建立UUV空间航迹跟踪误差方程;采用迭代方法设计非线性滑模控制器,无需对UUV模型参数不确定部分和海流干扰进行估计,避免了舵的抖振现象以及减小了稳态误差与超调问题.仿真实验表明,设计的控制器对欠驱动UUV系统的模型参数摄动及海流干扰变化不敏感、且设计参数易于调节,可以实现三维航迹的精确跟踪.

摘要：由于边舱高度有限,减摇水舱中的流体在水舱内运动时会引起饱和非线性,给舱内流体运动的估计与控制带来困难.针对饱和非线性所带来的控制问题,建立船舶-水舱系统模型,同时基于约束条件设计了模型预测控制(MPC)策略.仿真结果表明,该控制策略在减少主动式水舱高能耗的同时,增强了对水舱内流体的控制,有效提高了水舱系统的减摇效果.

摘要：在水下无人航行器(UUV)动力学模型不确定性及外部扰动下,针对常规非线性控制算法设计假设条件过多不利于实际应用的问题,提出基于自抗扰控制理论设计深度控制器以提高跟踪效果。一方面,利用非线性跟踪微分器(TD)提取微分信号以安排深度跟踪的过渡过程;设计扩张状态观测器(ESO)估计深度控制系统内、外扰动,并补偿扰动;建立非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)来控制执行机构。另一方面,为提高自抗扰控制器参数的匹配性,利用递推最小二乘(RLS)估计UUV深度动力学模型,并进行仿真试验。最后,完成了UUV深度控制湖试试验,结果表明所提方法能够使UUV快速的到达指定深度,具有超调量小、适合工程实现等特点。