摘要：ROV的框架及内部布局设计是潜器能否可靠作业的关键之一。针对框架结构设计中轻量化问题,以最大位移和总质量为优化目标,设计一款ROV主框架结构。分析了ROV在3种不同工况下的受载情况,利用水动力与有限元分析得到ROV框架的应力与位移云图,并根据仿真结果首先对应力和位移最大的工况进行响应面优化,再将优化后的结果代入另外2种工况进行校核。优化后的框架结构最大应力以及最大位移均满足设计要求,通过优化,ROV主框架质量减少14.6%。最后通过后期的装配以及测试,验证了设计的可行性,为后续ROV框架结构设计提供宝贵经验。

摘要：Mg-Gd和Mg-Y系高强稀土镁合金具有优异的力学性能和高温性能,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域,但如何提高其耐腐蚀性能一直是亟需解决的问题。本文梳理了Mg-Gd和Mg-Y系高强稀土镁合金关于腐蚀行为研究的相关文献,阐明了腐蚀机制,并从材料自身和表面改性两方面提出了提高其耐腐蚀性能的方法。最后通过第一性原理等方面的研究,对未来新型耐蚀Mg-Gd、Mg-Y系合金的设计开发进行了展望。

摘要：针对自主水下机器人(AUV)在环境干扰下的三维轨迹跟踪问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反步滑模控制器。根据“云帆”AUV自身特点构建六自由度数学模型,设计NDO对环境干扰进行估计补偿。最后在反步法的基础上引入滑模控制,并加入NDO设计反步滑模控制器,并通过李雅普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真结果表明,基于NDO的反步滑模控制器能够满足AUV在环境干扰下三维轨迹跟踪要求,且具有较好的鲁棒性。

摘要：为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学(CFD)对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结构推进器的水动力特性变化。结果表明:在研究的转速范围内前置定子最高降低扭矩百分比仅为48.71%,后置定子可完美平衡到100.99%的扭矩;前置定子降低推力幅度最大可达36.16%,后置定子提高整体推力最高为3.32%;对转推进器在推力方面远高于泵喷推进器2~4倍,且具有扭矩自平衡的效果,流场稳定性远低于泵喷;后置定子泵喷相比无定子推进器效率提高6.24%,且具有更加稳定的尾流场。

摘要：自主水下航行器(AUV)在实际工程应用中,由于数字回路的存在,需要将状态变量等量化并传输到控制器中,使系统稳定性受到了极大的影响。针对AUV轨迹跟踪控制问题,考虑状态和控制输入量化的影响,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的量化反馈滑模控制(SMC)方法。首先,采用NDO对外界未知干扰进行估计补偿,以抑制传统SMC中的抖振现象。然后,提出了一种SMC方案,将状态变量和输入的量化误差上界加入到SMC的开关项中,以克服量化对系统稳定性的影响,第一步证明无论在任何初始值开始,轨迹都将被驱使到一个较小的带状区域,第二步通过动态调整量化参数μ,使得滑模面s收敛于0。最后,通过Lyapunov函数证明了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的量化滑模跟踪控制器能够使AUV较好地跟踪期望轨迹。

摘要：为了克服波浪冲击力、水阻力等因素对水下云台系统稳定性和控制精度的影响,设计了水下2自由度云台系统,并进行高精度控制方法研究。针对系统设计问题,依据云台使用工况和国内外产品性能确定相关指标参数,设计云台的三维结构,建立数学模型。为了提高系统稳定性和控制精度,提出1种采用双闭环控制系统和制动器构建的模糊比例积分(PI)控制方法。结果表明:模糊PI控制方法实现云台定位模式控制;双闭环控制系统和制动器提高了反馈精度和控制精度;在静水和水流扰动的2种工况下,云台的控制精度均优于±0.05°,输出角度无超调现象,具有较好的鲁棒性。

摘要：为解决欠驱动自主水下机器人(AUV)在航行过程中的控制问题,提高其抵抗外部干扰的能力,设计一种新型控制器,该控制器以模型预测控制策略中的动态矩阵控制(DMC)方法为主回路控制器,其目的是通过模型预测与反馈校正的特点使AUV获得良好的跟踪能力。此外,副回路控制器采用频率较高的增量式PID的控制方法,通过优化模型预测向量,设计模型调控参数,最终获得反应速度良好的内回路控制器,其作用是快速抑制突发性扰动。最后,将此控制器应用于AUV首向与深度的仿真实验中,通过仿真实验,验证了该控制器不仅能够满足AUV的控制需求,同时在面对外部时变干扰时具有较好的鲁棒性。

摘要：波浪作为无人水面船(Unmanned Surface Vessel,USV)的动力来源之一,波浪水翼的动能捕获能力与船体随波浪的振荡响应能力息息相关,为此展开了不同海况下波浪的长度、波浪的振幅、前后水翼的流场扰动对USV的振荡响应影响研究。首先建立Stokes五阶波的数值模型,与理论值对比验证后,将USV的多体动力学模型导入CFD软件进行模拟,绘制船体及翼板的响应曲线,随后设计海上实验平台进行验证,并与仿真结果进行对比。结果表明:波长与船长的比例决定了船体的响应频率,且在船长为波长的2/3时频率同步性最佳;波高则影响了船体的振幅,随波高的增加,船体及翼板的振荡角度同步增加,最高可达135.34%。

摘要：为了解决船载多波束声呐的姿态稳定问题,设计一款双自由度水下云台。在保留传统水下云台定位模式的基础上,通过增加自适应模式来补偿波浪对声呐姿态的影响,并提出了阶梯速度PID自适应控制方法。根据距离目标角度的大小选择匹配的速度梯度,引入PID对水下云台实时调节,通过自身调整使其稳定在保持角度。水下模拟实验结果表明:定位模式下,水下云台2个自由度均能以18°/s的速度快速稳定到达目标角度,角度误差为0.4°;自适应模式下,搭载声呐的俯仰自由度能在较短的时间内稳定在保持角度,保持误差为1°,证明了控制方法的有效性。

摘要：为提高水下机器人(ROV)在水域环境中的位姿控制能力,结合传统自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)策略中fal函数在分段处过渡不够平滑的特点,提出一种新型非线性函数,用以改进传统fal函数。利用双曲正切函数在原点附近单调递增且连续光滑的特征,通过多项式拟合的方法构建出非线性函数sfal函数,然后使用李雅普诺夫方法对sfal函数进行稳定性分析,基于sfal函数给出扩张状态观测器的一般形式,并由此设计改进的ADRC控制器,通过对控制对象ROV搭建数学模型,利用Matlab/Simulink对系统的输出进行仿真与数值分析。最后,在ROV平台上进行对比实验,实验结果表明,改进型自抗扰控制能够有效抑制系统响应的超调量,并提升ROV位姿状态的抗扰能力。