移动机器人定点目标控制的线性分解方法

研究移动机器人的定点目标控制问题。针对移动机器人的非线性模型提出一种线性分解控制方法。根据移动机器人的结构特性,将移动机器人的运动控制过程从时间上分解为原地旋转控制和直线运动控制2个阶段,从而实现了非线性系统的线性解耦分解。根据线性分解模型,分别设计了原地旋转和直线运动的控制算法。理论分析表明,利用线性分解控制方法可以方便地实现移动机器人有限时间定点目标控制。     

在狭窄通道环境下书库管理机器人的最优路径规划

研究移动机器人在狭窄通道环境下的定位和路径规划问题。首先,根据在书架和图书上预置的射频识别(RFID)标签,利用RFID技术提出了确定书库管理机器人位置和姿态的方法。然后,根据书库的书架间通道狭窄的特点,将书库管理机器人的行驶状态分解为匀速直线运动和原地匀速旋转运动,并给出了机器人匀速直线运动和原地匀速旋转运动的用时模型。最后,提出一种书库管理机器人从任意起始位置和姿态到达任意目标位置的最小用时路径规划算法。仿真结果表明,本文提出的路径规划算法是有效的。     

非线性管土作用下钢悬链式立管动力响应分析

钢悬链线立管(SCR)在上部浮体运动和波流荷载激励下会与海床土相互作用,传统的线性海床模型假定荷载位移关系是线性的,没有考虑管土相互作用的非线性过程和海床土吸力的影响,本文基于大挠度柔性索理论的钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D,将立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力,充分考虑管土非线性相互作用,并考虑海床土吸力对钢悬链式立管触地点区域的影响,开发出新的动力分析程序。程序采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内采用Newmark-β法,求解给定上部浮体运动条件下,SCR的动力响应,通过算例对线性刚度海床和非线性刚度海床进行对比,并分析了不同海床刚度对SCR触地点动力响应和疲劳损伤的影响。结果表明:非线性海床刚度模型比线性海床刚度模型更接近真实的管土作用过程;在非线性海床刚度模型下,海床土刚度越大,SCR触地点区域垂向位移响应越小,应力幅值越大,疲劳损伤越严重。     

极坐标系下移动机器人的点镇定

研究由动力学模型描述的轮式移动机器人的点镇定问题。首先建立极坐标系下系统方程,进而给出运动学控制器设计方法,再结合系统的动力学特性,利用Lyapunov方法和反步法将运动学控制器拓展到动力学,最终设计出光滑的控制律并保证系统变量渐近收敛到零。仿真结果表明该方法的可行性和有效性。     

非线性随机波的数值模拟

本文根据作者提出的非线性不规则波四阶近似理论解,首先导出二阶非线性谱和线性谱的关系式,并应用非线性有约束最优化方法建立了从靶谱分解线性谱和二阶非线性谱的数学模式,进而建立非线性随机波数值模拟的数学模型及其快速傅里叶交换算式,从而大大地缩短计算机时。由于采用从靶谱分解出的线性谱,模拟的非线性随机波现实谱和靶谱符合一致。最后通过算例,对模拟的非线性及线性随机波的谱估计及波面统计特性进行初步分析,本方法为浅水不规则波与水流及建筑物相互作用的研究提供随机模拟基础。     

基于多帧聚类的紧凑型地波雷达海上目标航迹起始方法

紧凑型地波雷达是专属经济区内海上船只目标监测预警的重要手段。由于其发射功率低、目标回波信噪比低,在对海上船只目标检测过程中较低的检测概率极易导致目标漏检,采用序贯类方法难以及时起始航迹。对此,本文通过分析杂波和目标的地理位置以及径向速度随时间变化的特点,提出了一种基于多帧聚类的紧凑型地波雷达海上目标航迹起始方法。该方法利用目标和杂波在连续多帧内运动特征的差异,在具有噪声的基于密度的空间聚类算法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise, DBSCAN）求解聚类ε邻域的过程中增加运动特征约束,将各船只目标在多帧内的点迹聚类为不同的簇,实现海上船只目标点迹与杂波点的区分,将簇内点迹按时间顺序顺次连接得到起始航迹。利用仿真与实测紧凑型地波雷达数据开展了航迹起始实验,结果表明,与逻辑法相比,本文方法得到的航迹起始时间平均提前了5.95 min,丢点率平均降低了12.68%,解决了海上弱目标航迹起始时间滞后的问题,适用于杂波区目标与雷达远端船只目标的航迹起始。     

仿蝠鲼航行器游动规律智能控制与优化方法

固化的游动策略导致仿生航行器难以在变化的水下环境中保持高效率运动,以仿蝠鲼航行器为研究对象,提出了基于深度强化学习的仿生航行器胸鳍摆动智能控制方法,实现了航行器对高效摆动规律的自适应控制和优化。仿真示例表明：与初始给定的游动策略相比,优化后的游动策略在航行速度上提升了 14.46%,在游动能效上提升了 24.48%,从而验证了该方法在仿生航行器游动规律自适应控制与优化设计中的有效性。     

东沙群岛西南海域单站潮流及温盐特征分析

利用东沙群岛西南海域定点站（２０°４１’Ｎ,１１５°４９’Ｅ）３个航次观测的海流、水温资料及同期的温、盐度断面资料,用谱分析方法对该站海流、水温时间序列进行分析。结果表明,该站海流和水温的时间变化都具有明显的全日周期和半日周期波动的特征,潮流为不规则全日潮,主轴顺时针方向旋转。内潮为全日内潮占优,且具有间歇特征。和总流动类似,斜压运动也主要是顺时针方向旋转的。     

失稳背景流下对称型海洋内波的生成演变

本文采用无海底地形但考虑海洋跃层和剪切背景流的二维非静力准不可压缩方程组的数值模式,开展失稳垂向剪切背景流下线性和非线性对称型海洋内波生成演变的数值实验,并对结果进行分析、比较和讨论。研究结果表明,线性内波强度随积分时间始终呈指数增长,并有内波的对称不稳定;而非线性内波强度则在发展期呈准线性增长,最终进入稳定期。线性增长比非线性增长要快得多,非线性效应具有维稳作用。对该线性和非线性对称型内波,在跃层附近位密度扰动均有大值中心,即其为跃层所俘获,这与实际观测相一致;流函数与位密度扰动两者均有很好配合,位密度扰动的正、负中心分别相应于流函数的上升、下沉运动,表明有从海底向上的斜对流发生,且以跃层为顶盖。对线性内波来说,随积分时间增加,其波形大体不变,其正、负振幅也大体相同,并有符号相反原地增长的两个倾斜环流圈,而在它们之间则有较强倾斜上升流。非线性内波波形随积分时间改变,倾斜环流圈数目也在增加,最终形成负环流强于正环流的结果,并导致流函数、位密度扰动水平梯度剧增,其可视为间断。     

东海群岛西南海域单站潮流及温盐特征分析

利用东沙群岛西南海域定点站３个航次观测的海流,水温资料及同期的温,盐度断面资料,用谱分析方法对该站海流,水温时间序列进行分析。结果表明,该站海流和水温的时间变化都具有明显的全日周期和半日周期波动的特征,潮流为不规则全日潮,主轴顺时针方向旋转,和总流动类似,斜压运动也主要是顺时针方向旋转的。