摘要：针对水面无人艇仿真的实际应用,引入协同仿真技术,提出了水面无人艇协同仿真框架和配套的开发方法.阐述了该平台的体系结构和信息流程,对运动控制的协同仿真模型进行了说明,在建立的仿真系统中进行了航线跟踪和自主航行的仿真试验,验证了协同仿真框架及开发方法的可行性和正确性.该协同仿真平台克服单一模型难以精确描述非线性关系的问题,在一定程度上提高仿真可信度,对保障海试的顺利进行具有重要的价值.

摘要：针对水下机器人能力有限问题设计了一种适应水下机器人能力的动态避障方法.以水下机器人对运动障碍物的相对速度信息建立速度矢量坐标系,在坐标系内,根据水下机器人速度矢量和障碍物速度矢量的相互关系以及水下机器人的能力,确定理论上能够避开障碍物的期望速度解集,然后按照满足碰撞时间条件的最小转艏避障原则求解水下机器人最优期望速度的大小和方向,使水下机器人能够以相对小的代价安全避开动态障碍物.仿真研究验证了此规划方法对躲避动态障碍物的有效性,该研究大幅度提高了水下机器人的智能水平.

摘要：为保证欠驱动智能水下机器人(AUV)面对干扰时具有更高精度的地形跟踪能力,提出一种自适应地形跟踪控制方法。首先,对某型欠驱动AUV进行了结构分析,建立了相关运动学及动力学模型;然后,提出一种结合模糊思想的自适应地形跟踪策略,并利用自抗扰控制建立相应运动控制器;最后,分别进行两组对比实验,以测试所设计地形跟踪方法的有效性。实验结果表明,所设计的欠驱动AUV自适应地形跟踪控制方法具有良好的响应能力,并且,相比于传统比例-积分-微分(PID)控制方法,能够更有效地抑制干扰所造成的震颤现象,具有更高的控制精确度。该控制方法的研究对提高欠驱动AUV在进行地形跟踪任务时的智能性具有一定意义。

摘要：针对相干型多波束测深数据的特点,提出了一种基于动态聚类的单声脉冲多波束测深数据实时滤波算法。利用地形的连续性特性,将测深数据的异常值检测问题转化为真实地形的聚类问题,通过不断地聚类提取真实的地形数据,对异常值进行剔除。在聚类过程中,由于数据量很大,对聚类集合进行划分后采用动态聚类的方式,同时引入地形趋势变化调节因子,选定地形特征域,对聚类的方向进行判断,最后利用改进后的k均值法进行聚类目标输出。对GeoSwath多波束测深系统的真实海上试验数据的处理结果表明,该算法对地形特征具有较强的适应能力,且实现简单,可用于多波束的在线滤波以及测深数据的后处理。

摘要：近水面航行的自治水下机器人(AUV)受到较强的波浪干扰,此干扰可进入测量输出信号,影响AUV的实际位置和姿态。若此干扰进入控制设计环节,必然增大控制输出,降低控制精度、浪费燃料,严重时可破坏驱动装置。针对此问题,设计了自适应输出反馈控制器,用以实现强干扰下的AUV水平面轨迹跟踪控制。首先设计观测器将系统输出信号中的干扰过滤掉,使其无法进入控制设计环节。然后采用局部逼近的径向基神经网络对不确定水动力系数和径向、横向及艏向角速度耦合产生的非线性结构进行补偿。利用Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性。仿真实验表明控制器对粘性阻尼系数和未知非线性结构具有很好的自适应性;对附加质量不确定性和干扰的变化有很强的鲁棒性。

摘要：操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一.研究潜艇的操纵性,需要对潜艇的操纵运动进行预报,因此求得所有的水动力导数值成为操纵性理论分析的前提.利用CFD技术和动网格技术数值模拟小振幅平面运动机构试验,求解了椭球体的水动力导数,并将加速度系数与理论值相比较.流场的求解基于RANS方程和RNGkEpsilon湍流模型,动网格的处理采用Hrvoje Jasak和Zeljko Tukovic的方法,压力和速度的耦合采用PIMPLE方法解耦.流场的控制方程采用有限体积法离散且分离式求解,网格运动的控制方程采用有限元方法离散,网格的分裂采用体和面同时分裂法.结果表明该方法是可行的,从而为潜艇操纵性的理论预报做出一些有益的探讨.

摘要：针对300 kg级水下自主航行器尾舵设计的关键问题,采用三维计算流体力学方法,计算了梯形舵在不同航速下的流体力学性能,得到不同舵角条件下水下航行器舵翼的水动力性能与流场分布,分析了不同舵角水动力性能变化原因和声呐对垂直上舵产生的影响,同时对舵翼进行了优化设计.结果表明,当水下航行器正常航行时,舵翼攻角大于20°后,舵翼水动力性能明显下降.优化发现后掠7.71°的舵翼在理论上具有更好的水动力性能,为水下航行器的后续设计提供参考.

摘要：该文针对拖曳系统匀速运动的特点 ,提出了一种可快速确定系统参数的计算方法 :在拖曳系统静态构型计算过程中 ,略去时间对运动的影响 ,将偏微分方程转化为常微分方程 ,对常微分方程作差分运算 ,可转化为非线性方程。从而避免了繁琐的积分运算 ,提高运算的效率。利用这种算法于初步设计阶段快速确定系统的参数 ,以能满足系统设计要求。

摘要：针对单泵喷水推进型欠驱动无人水面艇（USV）的直线航迹非线性控制系统，设计了一种反步自适应滑模控制器。该系统由无人艇艏摇非线性响应模型和舵机伺服系统组成，运动响应模型考虑了船舶参数的不确定性和外界干扰的随机性特点。利用全局坐标变换将原系统变换为具有下三角特征的非线性系统。基于Backstepping方法和滑模控制理论，提出了一种直线航迹自适应滑模控制律。利用Lyapunov函数，证明该控制律保证了直线航迹控制系统的全局渐近稳定性。仿真结果表明控制器对系统参数摄动和外界干扰不敏感，具有强鲁棒性和自适应性。

摘要：研究水下机器人视景系统优化设计,针对水下机器人的航行环境具有不可接近性和未知性的特点,为创建水下海洋生物和可观世界环境,利用虚拟的计算机仿真环境作为水下机器人初期调试的"平台"具有十分重要的意义。建立了基于大地形管理的水下机器人视景仿真系统。有关大地模型建立、场景效果等,利用函数变量方法自定义机器人运动引擎,采用粒子系统仿真了机器人尾流流场和低噪音的实现。依托软件平台MultiGen Creator和Vega,利用Vega与Visual C++混合编程实现LADBM模块的大地形管理,进行仿真验证。仿真结果表明,视景仿真系统逼真地再现了水下机器人在大范围区域探测目标及自主航行的过程,有效地解决了水下机器人长距离自主航行视景仿真中的大地形管理问题。