微小型无人水面航行器的全局避障航迹规划

在常见改进遗传算法的基础上,结合微小型无人水面航行器(MUSV)的航行特点,进行变长度实数编码;根据航行的边界约束、避障约束、机动约束、总航路点个数约束以及进行目标点可航性判断来生成初始群体;为了使交叉、变异后的航迹能够避开障碍且能满足航行机动约束,采用相似航路点交叉和优先小范围变异。仿真结果表明,结合MUSV航行特点的改进方法,能够产生适应度较高的初始群体,能够在遗传操作中舍弃不可行个体,从而达到加快收敛速度的效果。

基于WOA- LQR的无人水翼航行器横航向控制

针对一种新型的无人水翼航行器在航行过程中受到不规则海浪干扰时的横向姿态与航向控制问题,首先建立无人水翼航行器横向四自由度运动的非线性数学模型,并对数学模型进行线性化处理;然后针对普通线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)控制算法手动调试参数效率较低且控制效果难以达到最优的问题,使用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)对LQR控制器的参数进行寻优以增强控制效果;最后在不同强度的随机海浪干扰下对航行器的横向姿态与航向控制进行仿真,验证了鲸鱼算法优化LQR的有效性。

高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究

为了研究水下无人航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)的外形因素对阻力性能的影响,利用计算流体力学方法对不同航行器外形展开阻力预报及分析。对于水下高速UUV而言,优异的阻力性能对UUV的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速UUV的减阻需求,首先结合SUBOFF标准模型进行了阻力特性数值预报,与试验数据对比验证了预报方法的适用性;在此基础上,模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了2种UUV水动力外形构型,针对2种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性,得到了一种相比SUBOFF艇形具有明显减阻效果的UUV水动力外形。研究对低阻型高速UUV的外形设计具有一定的参考价值。

基于非线性干扰观测器的无人船与自主水下航行器协同运动控制策略

面向水域探测场景的立体化、多样化、复杂化,基于领航-跟随编队控制的思想,提出了水面无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)和自主水下无人航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)跨介质异构体协同运动控制策略.首先,该控制策略考虑了未知环境干扰等因素带来的动力学建模误差,设计了非线性干扰观测器用以估计误差影响;其次,利用动态自适应前视距离改进视线法(LOS),在制导层面解决AUV欠驱动控制问题,结合级联系统分析USV-AUV编队控制问题,通过反馈线性化设计AUV跟随控制器;最后,采用李雅普诺夫理论证明了基于改进制导律的USV-AUV编队控制系统的一致全局渐进稳定.湖试结果表明,所提出的USV-AUV编队控制策略是有效的.

无人水面航行器发展

文章简要介绍了无人水面航行器(USV)的发展过程,分析了USV的发展现状及其特点、使命和功能,探讨了USV的军事应用情况及其发展的关键技术。

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。

模块化微小型水下航行器的布局研究

提出一种用于浅水水域工作的微小型水下航行器模块化布局方法,将耐压主舱、动力推进系统、传感器系统、视觉系统以及浮力系统等分别设计成独立模块.通过将各种模块按一定要求进行布局,可快速构造适用于不同场合、不同需求的微小型水下航行器,并给出一个3D虚拟仿真实例.

基于ARM的无人水面航行器开发与试验

无人水面航行器(USV),简称无人船,作为人类开发和利用海洋的重要工具之一,凭借其模块化、无人化、小型化、智能化等优点,受到越来越多的重视。该系统基于32位内嵌ARM CortexTM-M0核的NUC140RE3AN,提供自主和半自主两种驾驶模式,提高了航行器的实用性,利用高性能GPS进行定位,通过姿态传感器的反馈信息进行闭环控制,实现航向锁定。同时,利用图形化语言LabVIEW编写的上位机控制软件,能实现两种驾驶模式的切换,实时计算各种参数,绘制航迹。

军用无人水面航行器协同自治及控制设计

军用无人水面航行器(USV)用于执行包括反水雷、反潜作战、海上安保、海上作战、特种作战支援、电子战和海上拦截作战支持等7个主要任务使命,通过提升军用USV平台的战术协同自治和控制能力,可以最大限度地减少作战人员配备,降低USV平台的带宽要求,实现更快、更同步的协同控制和机动。军用USV战术协同自治和控制研究涉及到系统工程、控制技术和信息技术等多门学科的深度融合,代表了航海科学与技术的前沿研究领域和未来发展方向。文章改进了军用USV的协同自治和控制系统架构,包括感知及协同系统、引导系统、控制系统、执行机构等组成部分,并对其基本原理和要求进行了详细阐述。

无人水面航行器全局路径规划方法研究

针对无人水面航行器(unmanned surface vehicle,USV)的路径规划问题,提出了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和费马螺旋曲线(Fermat’s spiral,FS)的全局路径规划算法。首先,采用PSO全局路径规划算法,搜索航路点序列并将其顺序连接,以获得可行、最短且绝对安全的折线路径。其次,利用FS曲率可从零变化且连续的特点,设计FS光顺折线路径策略,使得所规划路径的方位和曲率均为连续函数,进而可应用于精确的路径跟踪等运动控制中。考虑到USV的机动性能限制,在FS过渡曲线设计中加入了最小回转半径约束。仿真结果表明,本文所提方法能够生成一条满足USV自身机动性能限制,且方位和曲率均为连续函数的可行光滑路径,从而能够使得USV实现真正意义上的完全自主航行。

微小型无人系统技术在未来战争中的重要意义及发展动向

本文从微小型无人系统的内涵出发,阐述了包括微小型飞行器、微小型机器人、微小型水下无人航行器和微小型航天器等微小型无人系统的国内外发展现状,着重强调了发展微小型无人系统的战略地位、重要意义及微小型无人系统的重要作用,如侦察与战场评估、近距离电子干扰、直接作为攻击武器和特殊环境应用等作用。

一种变轴螺旋桨水空跨域无人航行器设计和控制技术

针对海上无人航行器的任务需求,提出了一种多螺旋桨可变轴倾转的水空跨域无人航行器,给出了水下航行、水面滑行、空中旋翼模式、空中固定翼模式多种形态的总体设计和相应的飞行控制技术。在进行多种环境下无人航行器动力学分析的基础上,重点给出了各飞行区域中的控制策略,尤其是过渡阶段的控制。一是从水下航行向水面滑行的过渡控制,除了涉及到两相流,还运用了倾转螺旋桨与舵面融合控制技术。二是从垂直起飞旋翼模式到螺旋桨转至水平位置固定翼飞行模式的过渡控制。文中阐述了空中倾转旋翼过渡阶段的俯仰控制和高度保持控制方法,还给出了自行研制的试验样机并进行了飞行控制航行试验。通过从水下航行转到水面滑行的成功试验和在空中倾转旋翼过渡阶段成功实现高度保持的稳定飞行试验,验证了文中设计和控制方法的有效性。

基于倾斜转弯技术的无人水下航行器双回路自动驾驶仪设计方法

基于倾斜转弯控制技术的无人水下航行器在机动过程之中,快速滚动引起各通道之间严重的交叉耦合,同时由于流体动力参数变化等原因,使得传统方法设计的自动驾驶仪难以满足要求。因此,本文提出首先利用LQR方法设计内回路控制器缩小模型不确定性界,然后利用H∞/加权混合灵敏度法设计外回路控制器,并利用平衡截断法进行降阶,得到双回路自动驾驶仪。结果表明,该方法设计出的自动驾驶仪对模型参数变化具有鲁棒稳定性,满足BTT UUV性能指标的要求,且容易工程实现。

国外海洋无人航行器的发展现状及趋势

无人航行器的发展已经逐渐得到军事强国的高度重视,美国和欧洲遥遥领先其他国家,总体上引领着无人航行器的发展方向;介绍了国外典型水面无人航行器及水下无人航行器的发展现状,并对其发展趋势进行分析;海洋无人航行器具有机动灵活、成本低廉、无伤亡、适合大规模生产、可在各种环境甚至高危海域执行任务等优点,各国高度重视水面及水下无人航行器作战价值,促进实战能力发展;同时不断攻关水面及水下关键技术,推动无人航行器多样化发展,提升无人航行器作战效能,使作战能力逐步增强。

美将采购60艘无人水下航行器

据美《今日防务》2006年9月11日报道，美海军将在今后10—13年内，陆续采购共计60艘无人水下航行器。由于美海军正在致力于升级其遥控能力，为此，只有借助无人水下航行器才能扩大舰船作战距离。美海军会先花3020万美元采购2艘无人水下航行器，第1艘将从水面舰发射，装备有传感设备，用以发现和标绘海上航线和较宽航道上的水雷。该无人水下航行器形似鱼雷，其尾部伸出水面。能在返航前向水面舰传输数据和图片。

基于自适应专家S面算法的微小型USV控制系统设计

研究一类微小型水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的运动控制系统设计问题,提出了一种自适应专家S面运动控制算法。首先,基于STM32-ARM核心板设计了一类微小型无人艇的运动控制系统,基于Labwindows/CVI软件开发了上位机监控系统;其次,充分融合专家系统和S面控制算法的优势,提出了一种自适应专家S面运动控制算法,用于微小型无人艇的航速和航向控制;最后以所研制的"神龙号"微小型无人艇为载体,通过大量的水池试验和外场试验,验证了所设计和开发的运动控制系统的有效性和可靠性;同时通过对比试验,体现出了所提出的自适应专家S面控制算法在无人艇航向和航速控制方面的优越性。

美国无人水面艇技术发展动态

为加快无人平台技术的发展．美海军除对无人水面舰艇进行总体设计之外．还专门研究无人水面艇稳定、导航和避碰的关键技术。这些关键技术是在舰载直升机甲板运动预报系统的基础上．结合直升机及水下无人航行器的导航和稳定系统开发的。通过处理雷达和甲板运动数据．指挥无人水面艇的推进装置和姿态控制系统作出反应．从而改变无人水面艇的稳态或航向。

水面水下多用途无人智能航行器关键技术与系列化装置研发

党的十八大提出"提高海洋资源开发能力,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国".无人航行器是提高海洋资源开发能力、维护海防安全的重要利器.在国外,水面或水下的无人航行器已广泛应用于海洋工程及海洋军事领域,特别是以美国、欧洲(如法国)为代表的西方各国均将水面水下无人航行器列为重要的发展方向.

微小型水下航行器广义S型模糊神经网络控制

为提高微小型水下航行器运动控制的机动性和避障能力,提出一种广义S型模糊神经网络(SFNN)控制方法.采用广义Sigmoid函数作为隶属函数,并推导出基于最小扰动的网络学习方法补偿敏感性.与Gauss型模糊神经网络(FNN)进行比较并以"微龙"号水下航行器为研究对象进行了试验研究.结果表明,采用广义SFNN控制,在没有损失整体控制品质和稳定性的情况下,控制系统响应速度大幅度提高,反应能力增强,从而满足微小型水下航行器的实时控制要求.

基于AVR单片机的红外导航无人船的设计与实现

基于AVR单片机设计了红外光源自导航的无人水面航行器。该系统以Atmega16单片机为核心控制器,采用单稳态电路检测信号,利用增量式PID算法进行航向矫正,通过内存堆栈保存航向数据实现航向锁定的闭环控制。该自动导航系统具有航向调节时间短,异常处理有效等优点,在航速较高时仍能保证航向准确。