水下机器人-机械臂系统的滑模自抗扰控制

针对水下机器人机械臂系统的强耦合、强非线性、复杂海洋多源干扰等因素影响，提出了滑模自抗扰控制器，将复杂系统模型转变为简单的积分串联系统，将内部参数不确定性、测量误差、建模误差和海洋多源干扰等扰动归结为总扰动，并采用线性扩张观测器对其进行估计并抵消。利用滑模控制器提高系统对参数摄动的不敏感性，增强控制系统的抗干扰性能，通过李雅普诺夫理论分析了控制系统的有界稳定性。仿真结果表明滑模自抗扰与传统滑模控制和自抗扰控制相比，能使水下机器人机械臂实现更好的轨迹跟踪，且系统具有更好的抗干扰能力。     

水下滑翔器运动控制与自主导航策略

水下滑翔器嵌入式控制系统采用Philips公司的LPC2478为主控芯片,搭载多路高精度传感器以及伺服执行系统。通过对水下滑翔器的结构分析,构建出水下滑翔器的动力学模型,采用神经网络PID控制算法调节动力学模型中的俯仰角和横滚角,实现水下滑翔器在水下运行时的姿态调节与航迹控制。引入高斯大地线算法,分析处理经纬度坐标与航向角数据,计算得到水下滑翔器的航行距离与航向角偏差数据,从而控制伺服系统实现导航控制。同时,鉴于水面环境与水下环境的差异,为提高水下滑翔器的导航精度,引入水下航位推算算法,推算出水下滑翔器在水下的航向与姿态角,提高其在水下运行的精确度。     

基于粒子群优化自抗扰控制的舵系统研究

舰载诱饵干扰弹作为重要的防御性武器,其舵系统对保证飞行控制系统的动态品质和飞行安全具有核心作用。传统的 PID 控制算法在抗干扰能力和快速响应能力方面存在局限性。为此引入粒子群优化技术并集成自抗扰和智能算法的优势,以改进自抗扰控制算法,提高舵系统的抗干扰能力和稳定性。针对自抗扰控制存在的离线调节问题,提出使用粒子群智能算法在线优化舵系统控制器的参数,以适应环境变化及时调整,解决控制性能受限问题。系统的仿真实验结果显示,与传统的 PID 算法和 ADRC 算法相比,基于粒子群优化的自抗扰控制方法在舵系统位置环控制中拥有更优的性能。     

小型水下无人航行器的下潜过程研究

以小型水下无人航行器（UUV）为研究对象，研究旨在探讨和分析关键参数变化对 UUV 下潜过程的影响，并采用控制变量法来研究单一因素对 UUV 下潜过程的影响。研究结果表明：在 UUV 行进过程中， 水流对舵翼产生升力，从而产生扭矩促使其下潜。因此，在 UUV 下潜时，姿态应尽量平稳，且俯仰角和下潜深度不宜过大。为了确保 UUV 在逆流和复杂环境下成功下潜，要求在保留一定余量的基础上，尽可能减小舵板舵角和螺旋桨转速。     

UUV编队自适应协同跟踪控制研究

近年来,水下无人航行器(简称 UUV)在海洋资源勘测开发、海洋生态监测以及军事、经济、 社会等领域均有广泛应用,多 UUV 的编队控制成为国内外水下无人航行器研究的热点。首先给出了简化的三自由度 UUV 数学模型,然后通过平面直线的 Serret-Frenet 方程,建立 UUV 路径跟踪误差模型。通过运用领航者–跟随者方法构建 UUV 的编队控制模型,引入滑模控制的方法,对跟随者 UUV 的控制器进行设计,最终稳定地形成预设的编队。     

模糊切换增益调节下非线性系统的滑模控制

本文运用模糊控制和滑模控制相结合的方法对一类不确定非线性系统进行了深入研究。针对动态方程中控制系数与状态变量和时间变量有关的非线性时变系统,设计了带有状态变量和时间变量的新的模糊切换增益调节滑模控制器,给出了新的模糊滑模控制律,并证明了系统的稳定性。考虑到外部干扰是影响所研究系统稳定性的重要因素,本文运用调节模糊切换增益的技术,实现了对不确定外界扰动项的补偿。采用全局滑模面技术设计了滑模控制器,成功地避免了传统变结构控制器在到达阶段对不确定性的敏感性,增强了系统的鲁棒性。通过实例仿真,验证了本文所提出的控制方法不仅能够保证所研究的非线性系统是稳定的,还能够有效消除系统的抖振。     

波浪作用下缆船拖带系统非线性运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三维动力学运动方程,提出了被拖点位置匹配的方法,建立了拖船—拖缆—被拖船系统整体非线性拖带动力学模型。为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及波浪载荷作用的影响,被拖船采用水平面四自由度运动方程,并引入了波浪的作用力和力矩。拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程。对一个拖船—拖缆—被拖船系统(5 000 t的拖船和3 000 t的被拖船)在时域内进行了规则波浪作用下拖带运动的模拟,计算结果表明被拖带船舶在波浪中运动呈现运动稳定、不稳定和临界状态3种可能的特性。根据模拟计算结果,认为波浪中拖带航向稳定是被拖带船舶保持稳性的必要条件。     

受扰欠驱动自主水下航行器的最优扰动抑制控制

针对近水面航行的欠驱动自主水下航行器(AUV),研究了其波浪力作用下的航向控制问题。首先,利用局部微分同胚将AUV非线性系统转换为Brunovsky标准型系统;其次,基于波浪力的Morison方程给出了波浪力干扰外系统模型;然后,根据最优控制理论,基于二次型性能指标设计欠驱动AUV系统的前馈反馈最优扰动抑制控制律,并通过求解Riccati方程和矩阵方程获得。最后,通过AUV系统仿真实例验证了该方法的有效性。     

扁平潜器微速操纵性研究

针对扁平潜器的特点建立了其微速操纵性运动方程,提出了忽略攻角、漂角与旋转角速度耦合影响的水动力模型,由拖曳水池模型试验确定了攻角、漂角水动力,近似估算了旋转水动力.在主辅推进器的PD控制下,数值仿真计算了水平面航向保持与改变、垂直面潜浮的微速运动控制.     

大深度载人潜水器低速大漂角模糊滑模航向控制研究

通过模型试验测量大深度载人潜水器低速大漂角运动时所受到的非线性水动力。基于一种新的模糊滑模控制策略,为潜水器设计了鲁棒航向控制器。在不同的漂角子区间内分别设计局部镇定的滑模控制器,然后通过Takagi-Sugeno模糊推理系统将它们光滑连接,得到模糊滑模控制。仿真计算结果充分显示了该控制策略的有效性。     

海水循环冷却系统腐蚀、污垢和菌藻控制技术研究

海水循环冷却技术,是海水资源利用领域一项新技术,属于海水直接利用技术的范畴。海水含盐量高,具有腐蚀和结垢性的离子浓度远高于一般淡水,且微生物和大生物的种类多、含量高,远不符合国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》规定的循环冷却水的水质要求,但是,海水循环冷却技术实验室研究表明,通过添加海水缓蚀剂,阻垢分散剂,菌藻杀生剂等海水水处理药剂,在腐蚀控制,污垢控制,菌藻控制等方面,可以达到或接近国家有关标准规定的技术指标要求。     

时滞网络控制系统的动态输出鲁棒控制

针对网络控制系统中存在的不确定时滞,将网络控制系统模型转化为不确定系数的离散时间模型。利用Lya-punov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,提出动态输出鲁棒控制器的设计方法,同时给出闭环系统鲁棒渐近稳定的充分条件。仿真例子验证了所提方法的有效性。     

含有控制时滞的多输入离散系统的变结构控制

给出了多输入离散系统的基于时变衰减幂次趋近律的滑模变结构控制方法,并通过时滞变换将结果推广到含有控制时滞的情形。首先选取具有适当增益矩阵的线性切换函数以保证系统在切换面上的理想准滑模运动方程的极点可任意配置。其次基于时变衰减幂次趋近律设计了准滑模控制器,该控制器能够保证两类离散系统的运动轨迹在有限时间内到达准滑模带,然后要么直接转入理想准滑模,要么在准滑模带中以指数幂速率快速趋于理想准滑模,并使系统的运动轨迹能够渐近趋于状态空间的原点,而不再是原点附近某邻域中出现稳定抖振。最后的仿真结果进一步表明了这种方法的有效性。     

多功能船舶阀门遥控系统微机系统控制方案

介绍了一种多功能船舶的阀门遥控系统的微机控制方案,并对该控制方案应用的设备、技术等进行了分析。该方案的实现可以提高船舶以及其它阀门遥控系统整体的可靠性和设备工作的协调性。     

Zero-G Class Underwater Robots: Unrestricted Attitude Control Using Control Moment Gyros

The "Zero-G" is designated as a new class of underwater robot that is capable of unrestricted attitude control. A novel control scheme based on internal actuation using control moment gyros (CMGs) is developed to provide Zero-G class autonomous underwater vehicles (AUVs) with this unique freedom in control. This is implemented in the CMG-actuated Zero-G class internal kinematic underwater robot actuation (IKURA) system that was developed as part of this research. A series of experiments are performed to demonstrate the practical application of CMGs and verify the associated theoretical developments. The ability to actively stabilize the translational dynamics of the robot is assessed and unrestricted attitude control is demonstrated in an experiment that involves vertically pitched diving and surfacing in surge. Finally, potential applications for Zero-G class AUVs are discussed.     

Adaptive Neural Network Control with Control Allocation for A Manned Submersible in Deep Sea

This paper thoroughly studies a control system with control allocation for a manned submersible in deep sea being developed in China.The proposed control system consists of a neural-network-based direct adaptive controller and a dynamic control allocation module.A control energy cost function is used as the optimization criteria of the control allocation module,and weighted pseudo-inverse is used to find the solution of the control allocation problem.In the presence of bounded unknown disturbance and neural networks approximation error,stability of the closed-loop control system of manned submersible is proved with Lyaponov theory.The feasibility and validity of the proposed control system is further verified through experiments conducted on a semi-physical simulation platform for the manned submersible in deep sea.     

加标回收试验及质控图在实验室内控中的应用

介绍采用加标回收试验和绘制回收率质控图进行质量控制的方法,结合海洋环境监测工作说明其在实验室内控中应用.     

一类有数据包丢失的长时延网络控制系统的最优控制

研究一类具有数据包丢失的长时延网络控制系统的最优控制问题。首先建立控制器和执行器均采用时钟驱动的长时延网络控制系统的离散时间系统模型,提出1种基于维序策略的数据包丢失判别方法。然后在数据包的最大丢包率和最大连续丢包长度被限定的情况下,提出1种用于补偿丢失数据的估值补偿方法。该方法可以根据历史状态向量和控制向量信息估算出当前的控制量。利用该方法和动态规划算法,导出了离散二次型性能指标下的网络控制系统的最优控制序列,进而给出了最优控制律的实现算法。最后通过1个数值仿真算例,比较了不对丢失数据进行补偿和采用估值补偿2种方法对于系统性能的影响,从而验证了主要结果的有效性和正确性。     

多AUV集群控制技术综述

多 AUV 集群控制是指通过多 AUV 相互协调完成特定的作战任务，需要解决的具体问题包括协同编队、协同导航、任务分配、通讯机制、协同定位、避碰和避障等。多 AUV 集群控制技术注重系统的冗余性和时效性，系统对个体的失效具有鲁棒性。系统性地阐述了集群控制技术的理论研究现状，探讨了多 AUV 集群控制需要解决的关键技术问题，对比了目前各类先进集群控制算法的优缺点，最后结合理论研究和 AUV 集群控制技术发展现状对集群控制技术发展进行了展望。