应用于自主水下航行器的高可靠性CAN总线协议研究

在研究适用于自主水下航行器的CAN总线协议中,提出一种合理可行的CAN总线协议和CAN应用层接口协议,能有效地提高自主水下航行器的数据通讯效率和长短帧数据收发的可靠性.     

小型水下自航行器自沉浮装置设计与研究

文中对水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)的自沉浮装置进行了详细设计与研究。通过对已有的自沉浮装置方案进行对比研究,设计了以高压气体吹除压载水舱的新型自沉浮装置,该装置具有结构简单、可靠性高和可维护性好的特点,并可实现模块化设计。最后,对装置的主要设计参数进行了计算与优化。     

应用于水下自主观测平台的高可靠性CAN总线技术研究

研究并开发应用于水下自主航行观测平台的高可靠CAN总线技术,实现高可靠性、实时、单多帧、大数据量数据传输。具有很好的系统兼容性,能够同基于8051、PC104、ARM等不同硬件系统的CAN节点进行高速数据通讯,为复杂分布式系统集成提供极具应用价值的通讯网络。     

一种小型水下自航行器推进系统设计与分析

从系统角度考虑,整体优化,设计了水下自航行器推进系统.通过外形优化减小轴向阻力,根据阻力和综合分析设计螺旋桨,并由敞水池试验验证螺旋桨的性能,在此基础上完成了推进控制系统的分析与优化设计.试验结果证明系统设计方法正确,推进系统性能良好.     

小型自主水下航行器尾舵设计与研究

针对小型自主水下航行器(AUV)尾舵设计的关键问题,采用二维计算流体力学(CFD)方法模拟了流速为2m/s时.常用NACA00××系列翼型在不同来流下的情况,得到了小型自主水下航行器常用翼型的水动力特性;采用DNV规范计算得到了尾舵面积的大小;采用三维CFD方法研究了舵轴位于不同位置时的铰链力矩.找到了具有最小铰链力矩的舵轴位置.文中的研究结果为小型水下自航行器尾舵的设计提供了理论依据和参考.     

水下自主航行观测平台在现调试系统的研究

利用CPLD硬件模块研发了一套能够嵌入到基于分布式控制体系的水下运动观测平台的在现调试系统,能够实现对系统内的多个节点实现在现调试和数据传输,加快了水下运动平台的研制、开发和调试进程。     

仿鱼尾推进小型水下航行器设计与模型试验研究

以蓝鳍金枪鱼为蓝本,进行了仿鱼尾推进小型水下航行器方案设计与模型制作,包括设计主体外形、主体结构及安装形式、传动机构、尾鳍形状等。在水池中开展了自航实验,测定了尾鳍的摆幅、频率、形状及刚度对航速的影响,结果表明在相同条件下提高尾鳍摆动频率或增大尾鳍摆幅,能提高水下航行器的速度;当采用柔性尾鳍时,航行器的速度明显增加。     

自主水下航行器的软变结构控制

研究自主水下航行器系统的软变结构控制策略问题。首先分析软变结构控制系统的结构特征,利用双曲正切函数,给出控制受限情形的软变结构控制策略。其次利用Lyapunov稳定性理论,讨论自主水下航行器软变结构控制系统的稳定性,然后构造了基于双曲正切函数的软变结构控制器,给出自主水下航行器软变结构控制的具体算法。基于双曲正切函数的自主水下航行器软变结构控制系统调节精度高,响应速度快,有效地削弱了系统抖振。最后通过一个仿真实验,比较了自主水下航行器垂直深度通道的4种控制策略对系统性能的影响,从而验证了研究方法的有效性。     

基于CAN总线的水下机器人执行节点设计与实现

文中提出了一种基于CAN总线的水下机器人分布式控制系统结构,主要设计其执行节点,包括P87C591单片机为核心的的硬件电路和软件结构设计。     

Stability Analysis on Speed Control System of Autonomous Underwater Vehicle

The stability of the motion control system is one of the decisive factors of the control quality for Autonomous Underwater Vehicle (AUV).The divergence of control,which the unstable system may be brought about,is fatal to the operation of AUV.The stability analysis of the PD and S-surface speed controllers based on the Lyapunov' s direct method is proposed in this paper.After decoupling the six degree-of-freedom (DOF) motions of the AUV,the axial dynamic behavior is discussed and the condition is deduced,in which the parameters selection within stability domain can guarantee the system asymptotically stable.The experimental results in a tank and on the sea have successfully verified the algorithm reliability,which can be served as a good reference for analyzing other AUV nonlinear control systems.     

水下自主机器人水动力预报方法研究

针对水下机器人操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在水下机器人水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了水下机器人艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报水下机器人水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对水下机器人水动力进行预报可以达到较好的精度。     

Parallel Neural Network-Based Motion Controller for Autonomous Underwater Vehicles

A parallel neural network-based controller （PNNC） is presented for the motion control of underwater vehicles in this paper. It consists of a real-time part, a self-learning part and a desired-state programmer, and it is different from normal adaptive neural network controller in structure. Owing to the introduction of the self-learning part, on-line learning can be performed without sample data in several sample periods, resulting in high learning speed of the controller and good control performance. The desired-state programmer is utilized to obtain better learning samples of the neural network to keep the stability of the controller. The developed controller is applied to the 4-degree of freedom control of the AUV “IUV- IV” and is successful on the simulation platform. The control performance is also compared with that of neural network controller with different structures such as normal adaptive neural network and different learning methods. Current effects and surge velocity control are also included to demonstrate the controller＇ s performance. It is shown that the PNNC has a great possibility to solve the problems in the control system design of underwater vehicles.     

水下滑翔机器人研究进展及应用

水下滑翔机器人（AUG）是一种将浮标技术与传统水下机器人技术相结合的新型水下机器人,可用于长时间、大范围的海洋环境测量和监测,具有较高的可控性和机动性。在欧洲地区海洋环境安全（MERSEA）中水下滑翔机器人扮演了重要的角色,未来其应用领域将更加广泛,性能更加先进。     

军民两用的海洋水下观测技术

综述了近年来国外重点发展的自持式剖面浮标、水下滑翔器、水下自航式观测平台等几种军民两用的海洋水下观测高新技术,分析了它们的特点和关键技术。介绍了国内上述技术的发展概况,提出了相应的对策建议。     

Neural Network Based Robust Controller for Trajectory Tracking of Underwater Vehicles

A robust neural network controller (NNC) is presented for tracking control of underwater vehicles with uncertainties. The controller is obtained by using backstepping technique and Lyapunov function design in combination with neural network identification. Modeling errors and environmental disturbances are considered in the mathematical model. A two-layer neural network is introduced to compensate the modeling errors, while H∞ control strategy is used to achieve the L2-gain performance. The uniformly ultimately bounded (UUB) stabilities of tracking errors and NN weights are guaranteed through the proposed controller. An on-line NN weights tuning algorithm is also proposed. Good performances of the tracking control system are illustrated by the results of numerical simulations.     

水下滑翔器主体外形优化设计

对水下滑翔器主体外形的优化设计问题进行研究.首先,在考虑内部机械结构限制的条件下,建立了主体外形优化数学模型,并采用CFX计算了若干主体形状的绕流阻力.在此基础上建立了映射主体外形的尺寸参数与绕流阻力的BP神经网络.然后将建立的神经网络作为优化设计问题的目标函数,采用坐标轮换法对滑翔器主体外形进行了优化设计,确定了尺寸参数的最优解.