基于层次模型定量推理机制的潜水器故障诊断系统设计

基于智能信息处理故障诊断方法,描述和分析了用于潜水器一类的复杂动态系统。通过引入概率信息的方法对其推理机制进行量化,实现了诊断结果的精确度量以及诊断过程的精确控制;针对系统不同层次间的检测和诊断进程建立了信息交换和综合设计方法,提高了各模块的检诊能力和检诊效率,可以从总体上提高处理复杂故障情况的水平。     

浅海管线检测维修潜水器控制系统自航模试验

浅海海底管线检测维修潜水器是具有复杂动力特性和作业方式的特种载人潜水器，其作业需配备姿态及航行自动控制系统。为了保证其自动控制系统研制成功，研制了1：8缩尺的自航模作为平台，将实际控制系统方案遵循相似性准则改造为自航模控制系统，包括校正与补偿回路、指令分配器、姿态控制回路、航行控制回路。在海洋工程水池模拟风浪流等海洋环境，进行各种情况下的控制试验，对实现的控制律加以验证和改进，这些改进又按照相似性准则反映到实际控制系统方案的修正中。控制系统的设计方案由此得到全面验证和改善。     

深海潜水器谱系化框架探索研究

深海潜水器是我国走向深远海的重要装备,国家在“十三五”规划纲要中提出了蛟龙探海工程,这是国家对海洋事业的整体布局和规划。通过几十年的技术取得跨越性发展,研制出了“蛟龙” “潜龙”系列、“海龙” “海马” “海斗” “海燕”等不同类型和深度的深海系列装备,并逐渐向谱系化发展。未来将根据海洋科学研究、海洋资源开发利用、海洋权益维护的需求,研发出更多符合实际要求的深海装备。文章借鉴其他高科技领域,开展潜水器谱系化探索研究,构建谱系化框架。     

载人潜水器发展现状及趋势研究

随着我国综合国力的提升和战略安全环境及新空间的需求,习总书记提出了“海洋强国”的战略目标及深海进入、深海探测、深海开发的发展三部曲战略构想。海洋强国的发展离不开大型运载装备的进步,载人潜水器不仅对资源调查与科学研究做过杰出的贡献,而且在军事界领域也产生过深远的的影响。本文对国内外载人潜水器的应用发展现状进行了重点研究,对世界范围内重型深海载人潜水器及轻型中浅海载人潜水器的应用进展现状进行了全面调研研究,同时介绍了我国蛟龙号、深海勇士号等载人潜水器应用发展情况,也对世界范围内载人潜水器的技术性能和应用情况进行了分析对比,在此基础上,展望了载人潜水器的发展趋势,并讨论了潜水器装备的未来技术进展。     

我国与美国潜水器的发展和对比

为加快我国潜水器的发展尤其是业务化应用,保障我国深海大洋科考工作的顺利开展,文章梳理美国伍兹霍尔海洋研究所和我国主要潜水器的技术指标和应用情况,并通过对比提出我国的优势和不足。研究结果表明:载人潜水器方面,我国"蛟龙"号在平均下潜深度的关键指标上领先于美国"Alvin"号,但由于发展较晚,在下潜次数等方面远远落后;无人有缆式潜水器方面,我国"海龙"系列正处于作业磨合期,在最大水下航速方面与美国"Jason"号差距较大;无人自治式潜水器方面,我国"潜龙"系列与美国"Sentry"号和"REMUS"系列差距不大,但在小型潜水器协同化作业和系列化生产等方面存在不足;复合型潜水器方面,我国"海龙11000"号与美国"NEREUS"号和"NUI"号差距不大,但应提升载荷和冰下作业能力;水下滑翔机方面,我国"海翼"号与美国"Spray"号和"Slocum"号差距不大,且即将业务化应用;我国应通过完善海洋技术装备运行机制和积极开展海上科考航次任务,不断积累潜水器作业经验。     

潜水器在线绝缘检测方法研究

为了提高潜水器工作的安全性和可靠性,对潜水器的在线绝缘检测方法进行了研究。描述了无源检测法和有源检测法的工作原理,并基于有源检测法提出了绝缘检测对电气系统设计的要求,同时给出了绝缘故障的排查、定位和隔离方法。最后,通过在潜水器上的实际应用,验证了有源检测法的实用性和有效性。     

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。     

深海载人潜水器潜航员岗位要求研究

深海载人潜水器潜航员是国家载人深潜工程的重要战略性人才,针对潜航员这一特殊岗位特点,从思想素质与职业兴趣、专业基础与综合技能、心理素质与身体机能等三个方面开展分析,结合国外潜航员队伍选拔与应用现状以及国内相关领域专家调查结果进行研究,能够明确潜航员岗位的具体要求与人才培养方向,对我国潜航员队伍的科学选拔、科学培养、科学管理具有重要意义。     

载人潜水器运行管理机制探析

为了探索深海,不同类型的深海运载装备得以成功开发,并应用于深海科学、资源勘探开发、工程保障及战略安全等不同领域。深海运载装备可以分为载人潜水器(HOV)、遥控深潜器(ROV)、自治式深潜器(AUV)及混合型深潜器,其中以载人潜水器为代表的高技术装备群成为建设海洋强国的重要保障力量。文章对美国"阿尔文"号、俄罗斯"和平I"号和"和平II"号、日本"深海6500"号、法国"鹦鹉螺"号、中国"蛟龙"号载人潜水器运行管理机制进行了阐述,综合比较其优缺点,提出了建立职业化运行保障队伍、优化作业流程,创新组织结构、探索多型潜水器海上作业模式等运行管理机制构架的建议。     

潜水器在深海生物多样性研究中的应用进展

简要介绍了世界主要海洋国家潜水器的建设情况,并重点分析了潜水器在深海不同生境生物多样性研究中的应用,包括热液系统、冷泉、海山、峡谷和海沟等,以及深海生物多样性保护等几个方面。旨在为我国深海生物多样性研究提供参考,并推动我国潜水器在深海科学考察中的应用。     

Depth-trim mapping control of underwater vehicle with fins

Underwater vehicle plays an important role in ocean engineering.Depth control by fin is one of the difficulties for underwater vehicle in motion control.Depth control is indirect due to the freedom coupling between trim and axial motion.It includes the method of dynamic analysis and lift-resistance-coefficient experiment and theory algorithm.By considering the current speed and depth deviation,comprehensive interpretation is used in object-planning instruction.Expected depth is transformed into expected trim.Dynamic output fluctuation can be avoided,which is caused by linear mapping of deviation.It is steady and accurate for the motion of controlled underwater vehicles.The feasibility and efficiency of the control method are testified in the pool and natural area for experiments.     

海底管线检修潜水器垂直面控制及自航模试验

论述了纵倾控制律设计及自航模试验。首先选择一系列深度,对同一深度采用频域校正法单独设计控制律,使之对不同的速度和漂角具有足够的稳态精度和抗干扰性,这些控制律被集成统一为纵倾控制器,并根据潜深变化进行切换,对于其它深度采用同样的方法设计。控制器首先通过计算机仿真,然后进行自航模试验验证。设计的纵倾控制系统同时在其他试验项目中(水下管线跟踪和动力定位)发挥了重要的作用。     

A hierarchical real-time control architecture for a semi-autonomous underwater vehicle

This paper describes a real-time control architecture for Dual Use Semi-Autonomous Underwater Vehicle (DUSAUV), which has been developed at Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO) for being a test-bed of development of underwater navigation and manipulator technologies. DUSAUV has three built-in computers, seven thrusters for six DOF motion control, one 4-function electric manipulator, one ballasting motor, built-in power source, and various sensors. A supervisor control system with GUI and a multi-purpose joystick is mounted on the surface vessel and communicates with vehicle through a fiber optic link. Furthermore, QNX, one of real-time operating system, is ported on the built-in control and navigation computers for real-time control purpose, while Microsoft OS product is ported in the supervisor computer for GUI programming convenience. A hierarchical control architecture, which consists of application layer, real-time layer and physical layer, has been developed for efficient control system of above complex underwater robotic system. The experimental results with implementation of the layered control architecture for various motion control of DUSAUV in an ocean engineering basin of KRISO is also presented.     

水下机器人主动升沉补偿系统研究

介绍一种基于水下机器人常规液压收放绞车的主动升沉补偿系统,利用加速度传感器获得母船的升沉运动信号,控制绞车的运转来降低母船的升沉运动对水下机器人的影响。通过理论计算建立主动升沉补偿系统的数学模型,仿真分析绞车运动对水下机器人升沉运动的补偿效果,并利用主动升沉补偿系统实验台验证基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿方案的可行性。     

基于分布式控制力矩陀螺的水下航行器轨迹跟踪控制

基于控制力矩陀螺群(CMGs)的水下航行器具有低速或零速机动的能力。采用基于分布式CMGs的水下航行器方案,并研究其水平面的轨迹跟踪控制问题。通过全局微分同胚变换将非完全对称的动力学模型解耦成标准欠驱动控制模型,并根据简化的模型构建其轨迹跟踪的误差动力学模型,将轨迹跟踪控制问题转化为误差模型镇定问题。基于一种分流神经元模型和反步法设计了系统的轨迹跟踪控制律,该控制器不需要对任何虚拟控制输入进行求导计算,且能确保跟踪误差的最终一致有界性。仿真结果表明该控制器能够实现在不依赖动力学参数先验知识的情况下对光滑轨迹的有效跟踪。     

Discrete time-delay control of an autonomous underwater vehicle: Theory and experimental results

A discrete time-delay control (DTDC) law for a general six degrees of freedom unsymmetric autonomous underwater vehicle (AUV) is presented. Hydrodynamic parameters like added mass coefficients and drag coefficients, which are generally uncertain, are not required by the controller. This control law cancels the uncertainties in the AUV dynamics by direct estimation of the uncertainties using time-delay estimation technique. The discrete-time version of the time-delay control does not require the derivative of the system state to be measured or estimated, which is required by the continuous-time version of the controller. This particularly provides an advantage over continuous-time controller in terms of computational effort or availability of sensors for measuring state derivatives, i.e., linear and angular accelerations. Implementation issues for practical realization of the controller are discussed. Experiments on a test-bed AUV were conducted in depth, pitch, and yaw degrees of freedom. Results show that the proposed control law performs well in the presence of uncertainties.     

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。