基于水声通信的多AUV队形控制实现

在队形控制方法理论研究与仿真验证的基础上,采用稳定水下机器人(AUV)平台,首次开展了基于水声通信的多AUV编队试验。试验中设置不同的航行编队距离参数,取得了良好的编队效果。通过湖上试验验证了所采用的队形控制方法的有效性。从实际应用的角度结合试验结果分析了基于水声通信的多AUV队形控制存在的问题和难点,对实际试验效果与仿真结果的差异给出了解释,并提出了下一步试验的改进方法与注意事项。

面向无缆水下机器人水下对接的轨迹跟踪控制

针对欠驱动无缆水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)的特点,面向水下对接的应用需要,在考虑其非完整约束的条件下,对水下机器人的非线性系统的可控性进行深入分析,并推导如何将非线性系统通过反馈变换转换成链式模型,在此基础上提出一种使用近似线性化的全状态反馈进行三维链式控制器设计的方法。最后,为了验证轨迹跟踪控制器的控制性能,在Matlab仿真环境下进行了实验,结果表明该方法可以实现路径跟踪误差的全局渐近稳定,验证了其有效性和合理性。

基于自适应阈值的自主水下机器人温跃层探测方法研究

海洋温跃层是一种重要的海洋现象。基于自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV),提出了一种梯度阈值可调的温跃层探测方法,其阈值可根据海洋温跃层分布特性自适应修改,同时针对AUV温跃层探测中水体分层厚度选取的问题,提出了一种根据温度梯度峰值点个数自主确定其大小方法,可实现AUV完全自主探测温跃层。根据AUV外场实验数据,同峰值法、平均梯度法以及最优分割法进行了比较分析,结果表明此方法简单、有效。

便携式自主水下机器人控制系统研究与应用

针对50公斤级便携式自主水下机器人(AUV)的开发和研究,介绍了一种采用多种通信方式的分布式便携式AUV控制系统.着重推导和阐述了控制系统中X形舵与十字形舵之间的等效关系,并对水平面与垂直面的运动控制方法进行了说明.通过大量湖上和海上试验验证了所述方案和方法的合理性,并得到了满意的实际航行结果.

波动鳍极地两栖机器人近壁区鳍面运动仿真研究

随着北极海冰消融,北极的战略地位日益凸显,而两栖机器人在极地极端环境中具有广阔的应用前景。本文提出一种波动鳍极地两栖机器人概念样机,并建立波动鳍结构及运动学模型。针对近冰底观测任务,将波动鳍分为水平摆动和垂直摆动2种运动模式,通过数值仿真方法探究了波动鳍在近壁区不同运动模式下受力、压强以及涡量场的变化规律。结果表明,水平摆动的波动鳍离壁面越近,升力越大,且存在临界幅值,幅值高于临界值时,推力随之减小;幅值低于临界值时,推力随之增加。垂直摆动的波动鳍离壁面越近,推力越小,负升力越大。波动鳍推力和升力的变化原因是鳍面与壁面之间空间的变化,改变了流体流动结构,从而改变了波动鳍周围的压力场和涡量场。

一种基于高斯过程回归的AUV自适应采样方法

针对区域海洋特征环境快速观测的需求,提出了一种基于高斯过程回归的小型自主水下机器人(AUV)自适应采样方法.首先,通过比较高斯过程回归(GPR)中使用不同的回归推理方法的估计准确度和计算效率,确定AUV的合适采样间隔时间;在此基础上,根据AUV实时观测的数据进行GPR分析,预测未观测区域环境数据,并通过计算预测区域梯度极值和预测不确定度引导AUV进行在线路径规划;最后使用该方法,对具有不同特征分布的区域环境观测过程进行仿真.结果显示,本方法与常规方法相比,能够更高效地获得观测区域的低误差特征分布估计,更快地获得观测区域热点区特征,更好地适应观测区域特征分布不同的情况.

水下观探测装备核供能方案的思考

海洋事关国家战略利益,事关全人类共同命运,急需发展全方位、多维度地观测、探测海洋的各类装备。文章简要介绍了核能应用于水下观探测装备供能的2种技术途径及各类热电转换技术,定性归纳了核供能对各类型装备的适用性,分析了其中的核安全相关问题,并建议重点支持放射性同位素制备与分离技术研究与平台建设、个性化特种反应堆研发与共性平台建设、热电转换技术研究及相关核安全问题研究。