摘要：针对复杂海洋环境下无人艇的轨迹跟踪控制问题,本文结合滑模变结构控制与自适应控制,设计了无模型控制器,基于此提出了动态事件触发机制,利用Lyapunov稳定性判据证明了闭环系统一致最终有界,且不存在Zeno现象。仿真试验结果表明:在模型参数未知情况下,所提控制器具有良好的控制性能,可有效降低执行机构和能源消耗,为无人艇轨迹控制的实际应用提供了有效基础。

摘要：针对无人水面艇（USV）系统因其强非线性和不确定性且难以建立精确的数学模型而难以控制的问题，进行了嵌入式运动控制研究。为某单泵喷水推进型无人水面艇设计了嵌入式运动控制系统，分别从软件和硬件两个方面实现了该嵌入式控制系统的体系结构。为了满足嵌入式无人水面艇控制系统对数据处理实时性和可靠性的需求，在S面运动控制器的基础上引入了α-β-γ滤波器。海试和湖试试验结果表明所设计的控制器和滤波器具有良好的控制性能，试验验证了该控制系统的可行性和可靠性。

摘要：肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。

摘要：设计了一种基于航海雷达图像处理的规划方法,以处理水面无人艇的局部路径规划问题.利用边缘保持的去噪平滑算法和自适应阈值法对航海雷达的原始图像进行处理并建立了环境模型,采用距离寻优的Dijkstra算法搜索最佳路径,将所提出的算法经海上和湖上实验加以验证.结果表明,所得规划结果良好,搜索的路径距离较短、搜索速度较快并满足实验要求.

摘要：提出了一个新的水下声视觉图像预处理、分割和目标跟踪的处理系统框架。采用该系统框架，设计了一个基于前视声纳的智能水下机器人（AUV）声视觉目标探测跟踪系统，并描述了该系统的软、硬件体系结构。针对水下声视觉图像特点，分析了声纳图像的预处理方法，探讨了图像中特征信息的选取，构造了基于不变矩的仿射变换不变量，提出了基于组合特征的粒子权重分配方法，阐述了改进后的高斯粒子滤波（GPF）跟踪实现过程。海上实验验证了所提方法的有效性，证明所构建的探测跟踪系统具有较高的准确性和鲁棒性。

摘要：设计了一种符合国际海上航行规则的相对坐标系下动态规避方法,以处理水面无人艇的危险规避问题.根据国际海上航行规则将碰撞局面划分为追越、交叉相遇、正面相遇3种局面.计算相对坐标系下相对速度的改变量,并通过改变无人艇的航速和航向,完成对障碍物的危险规避.搭建了无人艇半实物仿真试验平台,以方便快捷地验证危险规避系统的可行性和可靠性.大量半实物仿真试验结果表明,基于所设计的无人艇危险规避方法可以有效地完成静止或运动障碍物的危险规避任务,规避航线合理,满足无人艇规避系统的要求.

摘要：为了研究仿生力学在非定常流动中的应用,针对刚性胸鳍建立了二自由度运动模型,设计了实现二自由度运动模式的仿胸鳍操纵系统的实验装置.胸鳍推进系统主体由两个伺服电机控制系统组成,能够产生限定范围内的各种预定的摇翼运动和前后拍翼运动的组合.研究耦合运动的相位差、摆动频率、滚转幅值、拍动幅值、滚转偏角、拍翼偏角等参数对胸鳍水动力性能的影响,得到各水动力系数在一个周期内随时间的变化趋势.实验结果为研发高机动仿生水下机器人奠定了技术基础.

摘要：在水下智能机器人(AUV)方案设计阶段,针对如何在主尺度和巡航速度确定的前提下得到直航阻力最小的回转体形状这个问题,以Myring型回转体为研究对象,利用计算流体力学(CFD)方法计算其在水中做匀速直航运动时的阻力并与试验值比较以验证准确性。分别对二维和三维2种网格形式,标准和加强2种壁面函数的计算精度和计算效率进行了对比,并在此基础上探讨单独改变艏部或艉部形状时阻力的变化规律。再利用EXCEL、ICEM、FLUENT建立优化平台,基于多岛遗传算法在限制条件范围内对Myring型回转体参数进行全局寻优,寻找不同流速时阻力最小的Myring型回转体,为AUV设计阶段的阻力性能预报和艇型优化提供参考。

摘要：针对船舶节能减排理论与技术研究中船舶水动力节能技术的需求,通过安装导流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施.基于CFD技术,研究了某散货船船桨舵相互干扰水动力性能的整体求解技术,预报了设计航速下该船体的阻力、螺旋桨的推力和转矩,通过与试验值的比较验证了该求解技术的可靠性.依据流经船体尾部三维流线绕船体分布的特点,确定了节能装置的主要参数,设计了导流鳍,并采用整体求解技术预报了船体、螺旋桨、舵和导流鳍相互干扰下各自的水动力性能,通过与无导流鳍时船体、螺旋桨、舵水动力性能的对比分析,预报了导流鳍的节能效果.通过绕船体三维流线流动细节的变化,探讨了导流鳍的工作机理.计算结果显示,安装导流鳍后,螺旋桨的效率有显著的提升,导流鳍的节能效果显著,至少可节能3%.

摘要：计算流体力学软件应用于潜水器外形优化设计时,精度虽高,但效率低下。因此研究了试验设计和响应面模型技术,提出了一个潜水器外形优化设计的策略。其基本思想是:首先应用Gambit软件的日志文件建立起水动力分析模型,然后根据设计要求选取设计变量,用试验设计的方法在设计变量空间里选取样本点并进行阻力性能计算,得到各样本点的响应,并建立阻力、包络体积的二阶多项式模型响应面模型。潜水器设计时需要考虑能源与设备布置要求,因此将阻力与体积作为艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了Pareto最优解集。结果表明,文中采用近似模型的艇型优化过程,不但效率得到提高,精度也能得到保证,而且由CFD结果建立的阻力估算公式可以为后续设计带来很高的参考价值。