摘要：针对现有的水下机器人的运动稳定性分析仅局限于定深直航的现象,本文对全海深AUV上浮运动稳定性进行研究,研究内容对机器人的稳定性判别和相应的机器人水动力型体设计以及运动控制策略设计具有重要意义。论文根据古尔维茨判别法的思想推导了全海深AUV从水面下潜至工作深度以及从工作深度上浮至水面的运动稳定性判定公式,通过计算一台全海深AUV的水动力系数,利用所推导的稳定性判定公式,对该台水下机器人的运动稳定性进行评判,结果表明该水下机器人的稳定性符合设计要求,全海深AUV在上浮过程中具有良好的动稳定性。

摘要：在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.

摘要：研究一类欠驱动无人艇的直线航迹跟踪控制问题,提出了一种自适应T-S(Takagi-Sugeno)模糊神经网络控制方法。首先在神经网络体系结构中设计前件网络匹配T-S模糊控制器的模糊规则前件,设计后件网络进行T-S模糊运算推理从而生成模糊规则后件;其次基于梯度下降法原理,设计了T-S模糊规则参数的优化学习算法;然后结合BP神经网络的误差反向传播原理和梯度下降法,设计了模糊神经网络体系误差的反向传播迭代算法,用于高斯隶属度函数参数的学习优化;最后设计了基于T-S模型的模糊神经网络控制器,并通过仿真实验验证了所提出方法和所设计控制器的有效性。

摘要：针对水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的非对称和欠驱动特性,提出了一种非对称模型下的改进视线法导向路径跟踪控制方法。首先通过对系统进行全局微分同胚变换,解决了由非对称性带来的系统系数矩阵非对角线元素存在非零项的问题;其次基于目标路径参考点建立坐标系,在视线法中引入跟踪误差函数,使视线法导向角跟随曲线路径自适应调整;然后针对系统的欠驱动特性,以目标路径切线方向速度作为虚拟控制输入,基于反步法和拉塞尔不变原理以及李亚普诺夫稳定性理论,设计了无人艇全局渐近稳定的路径跟踪控制器;最后通过仿真试验验证了所提出方法和所设计控制器的有效性和可靠性。

摘要：设计建造了滑波航行器的原理样机——漫步者I,并在水池中进行了静水环境下阻力试验、规则波中自航试验及无约束迎浪航行试验.研究了滑波航行器静水阻力成分以及规则波波长与波幅对滑波航行器浮体升沉幅度、纵摇角度、滑波推进器推力值及无约束航行航速的影响,得到了一系列波长、波幅下各参数变化的趋势.试验结果为数值计算提供了新的研究方向,为研发大航程低碳型无人水面艇奠定了技术基础.

摘要：为了实现水下机器人带有剩余浮力影响的欠驱动深度控制,将垂直面控制划分为定速航行控制和深度控制.采用成熟的S面速度控制器保证速度控制稳定,着重解决深度控制问题.引入虚拟控制量,使剩余浮力影响下的深度偏差映射为目标纵倾角,通过设计俯仰控制器实现对目标纵倾角的跟踪.稳定性分析表明,所研究的欠驱动深度控制是稳定的,且对于参数估计的偏差不敏感.仿真实验结果表明,所提出的方法能够抵抗剩余浮力的影响,深度控制准确,并具有良好的鲁棒性.

摘要：为了得到更可靠的水下航行器环肋复合材料耐压壳结构,考虑复合材料各向异性和加工不可控性对结构性能影响,将6σ设计理论引入环肋复合材料耐压壳优化设计中。应用蒙特卡洛抽样模拟方法对耐压壳结构进行可靠性分析,借助径向基函数神经网络近似模型技术,以σ水平为评价指标对环肋复合材料耐压壳结构进行考虑可靠性的优化设计。结果表明,虽然6σ优化相比确定性优化结果增加3.11 kg质量,但将耐压壳结构性能约束的σ水平提高到了8σ以上,可靠度达到100%,得到了兼顾结构质量和可靠性的最优方案。可见所提基于径向基函数神经网络近似模型技术的6σ设计与可靠性评估相结合优化方法,可以准确、高效、可靠地对水下航行器环肋复合材料耐压壳进行优化,合理解决随机因素变化导致结构可靠性不高的问题。

摘要：为提高碳纤维复合材料螺旋桨的推进效率,达到设计要求,采用面元法与有限元法相结合的流固耦合分析方法对碳纤维螺旋桨进行水动力性能分析.引入近似模型技术,同时考虑桨叶几何参数和碳纤维材料铺层角度对螺旋桨水动力性能的影响,借助iSIGHT软件构建起基于响应面近似模型碳纤维螺旋桨多目标优化策略,并以深潜水器螺旋桨优化为例进行了碳纤维螺旋桨的多目标优化分析.结果表明:基于流固耦合分析的碳纤维螺旋桨多目标优化方法能耦合优化分析碳纤维螺旋桨的流体和结构性能,所得到的设计方案能满足设计指标中的要求,螺旋桨的各项性能指标均得到优化,并能快速高效地优化出最优的设计方案.

摘要：为了对水下航行器非均匀内部环肋复合材料耐压壳进行高效率结构性能设计,基于复合材料可设计性特点,应用复合材料细观力学刚度的材料力学理论与有限元分析方法对耐压壳结构进行力学仿真分析,结合EBF椭圆基神经网络近似模型技术以及拉丁超立方设计试验方法从细观层面对组分材料属性在非均匀环肋复合材料耐压壳性能中的影响进行研究。结果表明:纤维和基体的弹性模量对耐压壳结构材料力学性能影响最大,剪切模量对各力学性能影响都很小。在组分材料属性一定的情况下,随着纤维体积分数增加,Tsai-Wu失效指数和临界失稳压力有所提高,而相邻肋骨中点处壳板周向应力、肋骨处壳板轴向应力和肋骨应力随之降低。因此,在非均匀环肋复合材料耐压壳设计过程中应重点考虑较大弹性模量以及适当纤维体积分数的组分材料以达到结构性能最优化的目的。

摘要：悬垂法是目前较为先进的深水、超深水大型水下装备安装方法,针对考虑安装船动力定位的悬垂法安装过程数值模拟问题,本文结合三维势流理论、集中质量法以及Morison方程建立了安装系统分析模型。利用PID控制器模拟动力定位系统,设计了推力分配单元,并考虑动力定位对安装系统的作用,最终实现安装船动力定位模式下的水下设备悬垂法安装时域耦合数值模拟。模拟结果显示:悬垂下放过程中安装缆张力逐渐增加,避免了突变载荷,且下放过程平缓;船的波频运动对安装系统影响较大;水下设备在下放初始阶段发生纵摇,且对横向载荷较为敏感;设备质量影响运动速度和纵摇振荡角度。