基于改进Super-Twisting滑模与干扰观测器AUV控制方法

以X 舵智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)为研究对象,提出了一种改进 Super-Twisting 滑模与非线性干扰观测器结合的 AUV 控制方法。首先,对 AUV 进行了运动学、动力学以及 X 舵分配进行了建模;之后,按照 Super-Twisting 理论设计了 AUV 控制器;然后,考虑到原算法中符号函数引起的控制输出抖振现象,提出了基于 Sigmoid 函数的改进 Super-Twisting 控制器,考虑到未建模动态以及外部环境干扰,设计了非线性干扰观测器对集总干扰进行补偿;最后,通过仿真验证了所提控制器的有效性。仿真表明,在干扰影响条件下,所提方法能够在大幅降低输出抖振并保证良好的控制精度。     

一种新型潜水器HROV及其关键技术综述

介绍一种新概念潜水器———混合型潜水器(HROV)。该潜水器能在两种不同的模式下工作,可以像AUV一样进行大范围的探测和搜索,也可以通过直径小于1 mm的微细光纤,执行传统ROV的近距离观察和采样任务。介绍了HROV的系统组成和工作过程,探讨与之相关的关键技术及其主要研究内容,并对HROV技术的应用前景也作了一些分析。     

基于多波束声呐的同时定位与地图构建

对自主水下航行器定位与建图进行了研究。分析了 SLAM 的算法原理,采用 BlueROV2 和声呐、 DVL、IMU 搭建了实验平台,并选择合适的算法框架完成了完整的算法设计。使用声呐为主要感知单元完成自主水下航行器的 SLAM 实验,并对声呐数据的杂波、野值、虚警等进行了滤波处理。最后,在水池、湖泊试验中对所研究的 SLAM 算法的定位与建图进行了验证,取得了良好的试验结果。     

运用ADC模型结合层次分析法评估LMAUV系统效能

基于WSEIAC给出的武器系统效能定义和ADC基本模型,针对LM AUV作战使用特点,对可用度、可信度基本函数进行完善,并运用模糊层次分析法和乘法模型得出系统能力向量,建立LM AUV系统效能评估模型;最后,结合算例结果分析,验证该方法评估LM AUV系统效能的有效性。     

LMAUV远程投送水雷雷位散布特性分析

基于 LM AUV 远程投送水雷使用特性的分析,梳理了 AUV 远程投送水雷时,雷位误差主要包括平台定位误差、航行误差和水雷末弹道误差,并构建了相应的散布概率函数,建立雷位散布模型。最后, 通过 MATLAB 程序仿真研究流速、水深及自主航距等因素对 AUV 远程投送水雷雷位散布的影响。     

便携式AUV通用质量特性参数指标分析

根据便携式 AUV 的功能特点和典型任务剖面,依据国军标要求,分析了便携式 AUV 通用质量特性定量要求涉及的综合性、可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性及环境适应性等参数指标,给出了可靠性、维修性等关键指标的计算方法,并针对某具体型号进行了计算分析。     

自治水下机器人在深海采矿系统湖试中的应用

以大洋采矿前期的湖试为例,介绍了AUV在矿产资源调查和深海采矿中的应用。在深海采矿系统作业前期,利用AUV调查湖底的地形地貌、结核的分布与覆盖率,确定集矿机作业地点的大地坐标。在深海采矿系统作业后期,利用AUV调查集矿机在湖底的行走轨迹和压陷深度,估算回采率。     

AUV矢量推进水动力计算及水平回转操纵性试验

针对矢量推进模式下的 AUV 水动力性能和操纵性能,开展了 AUV 矢量推进水动力 CFD 计算, 对矢量推进水平回转操纵性进行了评估,加工了矢量推进样机,并进行湖上操纵性验证。理论计算和试验数据表明：矢量推进具备极高的低速操纵性,该研究为矢量推进在 AUV 上的应用提供了理论和技术基础。     

20kg级便携式自主水下机器人(AUV)设计与实现

便携式AUV具有结构紧凑、机动性好、制造和使用成本低等优点,本文设计AUV的底层控制系统和自主导航系统,并进行仿真验证和人工湖试验,结果证明底层控制系统具有很好的鲁棒性,基于AHRS、数字罗盘和GPS的惯性导航算法能够通过浅水节点潜航方式实现AUV自主导航。     

20kg级便携式自主水下机器人(AUV)设计与实现

便携式AUV具有结构紧凑、机动性好、制造和使用成本低等优点,本文设计AUV的底层控制系统和自主导航系统,并进行仿真验证和人工湖试验,结果证明底层控制系统具有很好的鲁棒性,基于AHRS、数字罗盘和GPS的惯性导航算法能够通过浅水节点潜航方式实现AUV自主导航.     

海底管道在位状态调查实践

根据调查设备搭载器的不同,将海底管道在位状态调查方法归为船载、自治水下机器人搭载(AUV 搭载)和无人遥控潜水器搭载(ROV搭载)三类;在浅水段采用船载调查,在深水段采用AUV搭载调查,在此基础上进行重点关注区域筛选,开展ROV调查,最后进行整体评价和分析对比,这种^“(船载/AUV)+ROV^”组合模式很好地实现了多种调查方法的优势互补。实际上,采用AUV搭载进行海底管道在位状态调查在国内业界尚属首次。调查所取得的管道位置、埋深、周边障碍物的分布以及管道人工处理情况等成果,为后期开展管道维护工作提供了重要的基础数据。此次成功实践可为以后从浅水到深水的管道在位状态调查提供经验和借鉴。     

大深度无人潜航器研究现状及发展趋势

大深度无人潜航器是深渊科研、工程及军事应用领域的重要技术装备。介绍了大深度无人潜航器的国内外研究现状及其应用领域,分析了有待重点突破的总体设计与集成、深海结构与材料、高效能源动力、高速水下通信、组合定位导航、自主感知与控制等关键技术,并展望了大深度无人潜航器的未来发展趋势。     

6 000米AUV深海试验研究

简要介绍6000米AUV的总体结构和主要功能,重点研究AUV深海试验中的无动力下潜试验和载体浮力测量试验,提出三种深海浮力测量方法。根据试验数据,通过调整载体配重,在控制特性不变的情况下,使AUV在水下航行达到能量最优。此方法是一种理论和工程实际相结合的方法,对于其它类型深水AUV试验具有指导意义。     

水下航船创造穿越湾流的历史

1895年4月24日,乔舒·斯洛坎驾驶着他的“斯普雷”号单桅帆船从波士顿启航,开始了长达3年的环球航海,从而成为世界上第一个成功完成单人环球航海的人。100多年后,另一条名为“斯普雷”的小船又书写了新的历史。新“斯普雷”号是世界上第一条无人驾驶水下航船(AUV),它穿越湾流的行动证明了用这种船进行长途水下航行的可行性,并为海洋研究开辟了新的途径。它看上去像一架滑翔机,船体用铝制成,总重约55千克,全长2米,呈橘红色,翼展1.6米。2004年     

Vision-based system of AUV for an underwater pipeline tracker

This paper describes a new framework for detection and tracking of underwater pipeline,which includes software system and hardware system.It is designed for vision system of AUV based on monocular CCD camera.First,the real-time data flow from image capture card is pre-processed and pipeline features are extracted for navigation.The region saturation degree is advanced to remove false edge point group after Sobel operation.An appropriate way is proposed to clear the disturbance around the peak point in the process of Hough transform.Second,the continuity of pipeline layout is taken into account to improve the efficiency of line extraction.Once the line information has been obtained,the reference zone is predicted by Kalman filter.It denotes the possible appearance position of the pipeline in the image.Kalman filter is used to estimate this position in next frame so that the information of pipeline of each frame can be known in advance.Results obtained on real optic vision data in tank experiment are displayed and discussed.They show that the proposed system can detect and track the underwater pipeline online,and is effective and feasible.     

Development and experiments of the Sea-Wing underwater glider

Underwater gliders,which glide through water columns by use of a pair of wings,are efficient long-distance,long-duration marine environment observatory platforms.The Sea-Wing underwater glider,developed by the Shenyang Institute of Automation,CAS,is designed for the application of deep-sea environment variables observation.The system components,the mechanical design,and the control system design of the Sea-Wing underwater glider are described in this paper.The pitch and roll adjusting models are derived based on the mechanical design,and the adjusting capabilities for the pitch and roll are analyzed according to the models.Field experiments have been carried out for validating the gliding motion and the ability of measuring ocean environment variables.Experimental results of the motion performances of the glider are presented.     

深海AUV发展趋势研究

介绍了国内外各型深海AUV产品的基本参数、配置、功能和使用方式,论述了深海AUV发展现状及发展趋势,并着重阐述了深海 AUV 在深海探测、目标识别、深海反制等领域的应用,在此基础上深入分析了深海 AUV 在能源、控制、导航、通行等方面的关键技术,并阐明当前关键技术的现状以及未来的发展方向,同时根据国内外发展趋势提出了深海 AUV 经过 3 个阶段的发展,最终向着使用便捷化、重量轻量化、 外形小型化、智能化、网络信息化的方向发展。     

悬停式AUV控制策略研究

以悬停式AUVMM-01为试验平台,设计一种基于行为的控制体系结构。将AUV的行为划分为漫游、巡航和避障三个基本行为,并将模糊控制引入避障行为中,通过基于优先级的仲裁方式实现三种行为的有序协调,完成预定任务。同时,针对AUV的悬停需求,提出了增加内环速度反馈实现AUV稳定悬停的控制方法,定义一种新的高层自治控制系统与底层运动控制系统的接口。最后,通过建立整个系统的Simulink仿真模型,验证了该控制策略的有效性。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

基于XNA的海洋环境三维动态可视化

基于微软的新型三维图形开发平台XNA Studio,进行海洋环境动态可视化方法研究,主要包括动态海面仿真和流场动态可视化。动态海面通过折射贴图和反射贴图模拟海面的光影效果;流场动态可视化通过运动矢量符号表达海流的流速、流向。此外还提出了基于贝塞尔曲线平滑的AUV水下漫游方法,解决了场景漫游中的关键问题。此方法可以达到良好的可视化效果,并且对系统图形硬件要求不高,适用性较好。