海流干扰下网衣清洗机器人控制方法研究

在中国海洋渔业中,网衣清洗机器人对网箱养殖有害物附着的清洗具有重要作用。为了提高网衣清洗机器人在海流干扰下工作的稳定性,本文根据网衣清洗机器人的工作特点,提出了采用串级-前馈比例积分微分(PID)控制方法对海流干扰下的网衣清洗机器人进行控制,通过仿真实验证明该方法是可行的。为进一步提高控制效果,在串级-前馈PID控制的基础上加入模糊控制,仿真结果表明,改进后的控制器一定程度上减少了网衣清洗机器人运动稳定时间和超调量。

海流干扰作用下欠驱动AUV航路点跟踪控制

针对海流干扰作用下欠驱动自主水下航行器(AUV)的航路点跟踪控制问题,建立了水平面内欠驱动AUV三自由度数学模型,以相对于水流的前向速度和角速度为虚拟输入,设计了航路点跟踪控制的运动学控制律,然后基于反演方法设计了动力学控制律,得到控制力和控制力矩。在航路点跟踪控制仿真研究中,指定AUV依次通过惯性坐标系内一系列航路点,仿真结果表明,所设计的控制律有效,欠驱动AUV能较好的完成航路点跟踪任务,并到达最终目标点。

海流干扰下水下机器人快速动态响应的控制方法

为清晰掌握水下机器人的响应运动状态,提出海流干扰下水下机器人的快速动态响应控制方法。利用平面坐标系,确定机器人的主体运动方程,完成海流干扰下水下机器人的运动建模。在此基础上,通过计算海流动力混编结果的方式,换算水下机器人的响应控制推力,并确定动态响应边界条件,完成海流干扰下水下机器人快速动态响应控制方法的搭建。对比实验结果表明,与现有技术手段相比,应用新型控制方法后,水下机器人响应运动速度曲线、加速度曲线与理想曲线间的差值明显缩小,整体响应运动状态得到清晰描述。

时变海流干扰下深远海渔业无人船多目标路径规划

深远海无人船在开发渔业资源时,面临着续航能力不足和路径规划算法收敛慢、精度低等问题,为尽可能减少渔业无人船在实际任务执行过程中环境影响和最大限度地优化航行路线,在保证其安全航行的前提下,设计了以路径长度、转舵和海流能耗等多个参数最小为目标的路径规划算法。通过对无人船在航行时海域环境和任务目标的分析,建立了时变海流干扰下的无人船多目标计算模型,采用改进的自适应灰狼优化算法进行求解,算法通过引入多项策略进行统筹优化。该算法应用于复杂水域下渔业无人船多目标优化领域的仿真实验,证实了算法的可行性和改进策略的有效性,多目标相较于3个单目标仿真结果对总目标值的优化率分别提高了9.2%、1.7%、11.9%;不同海流状态下的仿真路径表明了相较于传统的以距离最优算法能够节省更多的成本,有效地提高了无人船全局航迹的规划性能。

海流干扰下UUV的航路自适应调节方法

针对UUV航行时难以克服海流而偏航的问题,提出了一种海流干扰下基于动态规划的航路自适应调节方法。时变流场环境下的仿真结果表明,UUV以不同的航速航行时均可避免海流影响,从而验证了该自适应调节方法的可行性和有效性。

海流干扰下海洋观测平台动力定位

针对小型海洋观测平台,考虑其特殊的回转体形状,建立海流干扰下的运动学模型,针对螺旋桨的环形布置形式制订相应的推力分配方案.通过搭建半物理仿真平台,模拟平台在海流大小不同且方向相同、以及海流大小相同且方向不同时的动力定位过程,结果表明:平台可在海流干扰下完成动力定位且启动快速、定位准确、控制稳定性好.最后通过设计水池试验验证海洋观测平台在静水和海流干扰下的位置控制和艏向控制性能,结果显示海洋观测平台能在期望精度内完成动力定位.发现平台对转艏力矩较为敏感,因平台为回转体形状,在单独控制艏向时,只需较小的推力即可完成定位并且不会对位置控制产生明显的影响;而在进行位置控制时,因为海流和形状的影响,平台需要输出较大的推力.后者情况下,推进器一旦出现推力输出不协调,产生的附加转艏力矩将会对艏向控制产生不可忽视的影响.

海况干扰下潜艇六自由度运动分析

为了弥补实际海试条件的局限性,辅助实现陆上鉴定敏感潜艇运动的导航系统设备的性能,本文对潜艇六自由度运动规律进行了研究,包括静水以及海洋环境干扰下潜艇的直航和回转运动。通过分析潜艇运动时所受的力及力矩,以及海浪、海流的基本模型,建立海洋环境干扰下的潜艇六自由度运动方程。针对潜艇的线运动、角运动相关信息,结合已有的经过实际试验修正的某潜艇的部分水动力系数,对其直航、回转运动进行了研究分析,仿真结果能够较为真实地反应潜艇在海洋环境干扰下的运动情况,满足实际工程中辅助测试的需求。

基于时空感知增强的深度Q网络无人水面艇局部路径规划

无人水面艇局部路径规划在海事救援、海洋运输等领域中发挥着重要的作用。现有局部路径规划算法在简单场景中取得了不错的效果,但面对环境中存在的复杂障碍物和海流干扰时,性能表现较差。为此,提出了一种基于时空感知增强的深度Q网络强化学习算法,首先,引入多尺度空间注意力模块捕捉距离传感器的多尺度空间信息,提升了复杂障碍物环境的感知能力;其次,利用基于长短时记忆网络的海流感知模块提取海流干扰环境的时间序列特征,增强了对海流干扰的感知能力;此外,对无人水面艇传感器和运动模型进行了模拟,并设计了强化学习状态空间、动作空间和基于方向导引的奖励函数,提升了算法的导航性能和收敛速度。在复杂仿真场景中进行了实验,结果表明,所提算法相比于原始算法在导航成功率和平均到达时间两个指标上均得到了提升,算法表现出较强的复杂环境适应性。

基于航路点跟踪的AUV回收控制

针对军事侦察和海洋观测领域中对自主水下航行器(AUV)自主回收能力的需求,研究了AUV自主回收中的航路点跟踪控制问题。在海流干扰作用下,设计航路点规划跟踪路径,然后运用自适应滑模方法设计AUV的动力学控制规律。采用横向跟踪控制算法,使AUV精确地沿着规划的运动路径进入回收器中。仿真结果表明,所设计的控制规律是有效的,AUV能较好地完成航路点的跟踪任务,并最终到达回收器中实现了对接。

主要海洋环境因素对水下航行器航行影响分析

分析总结了水下航行器的自身结构、环境和任务的特点以及复杂海洋环境对航行器的安全造成的威胁。从海流干扰、海水透明度、跃层及海洋内波等水文环境要素的形成原理及其对航行器的影响等方面,分别总结了各主要海洋环境因素对水下航行器航行状态的有利与不利影响,同时避免各要素直接或间接造成的各种不利影响的方法,结合航行器自身的结构特点和任务需求,充分利用海洋环境因素,可以使航行器在安全性、经济性、操纵性以及作战能力等方面有较大的增强和改善。提出根据不同任务对海洋环境因素做威胁权值评估,并根据其威胁度,在自主航路规划过程中适当修订航线。通过仿真验证了该方法对航路准确定和安全性的提高。

多变量滑模积分控制在AUV艏向控制中的应用

在多变量滑模控制中引入积分变量来设计AUV的艏向控制器.仿真结果表明,该系统保留了滑模控制的鲁棒性,放宽了对滑模控制中非线性控制增益K值的要求,从而可以克服存在海流干扰时艏向控制的静差问题.有利于AUV长距离航行中的精确艏向保持.

海水对UUV WPT系统的影响及耦合机构的补偿研究

针对水下无人航行器(UUV)无线电能传输(WPT)系统的效率和稳定性问题,建立了水下WPT等效电路,并对其工作原理进行了数学推导和分析。以此为基础研究了海水环境对WPT电路性能的影响机理,推导出了WPT系统在海水中的传输功率及效率模型。由于在海浪和海流等水下外界干扰下电能传输机构的收/发端均会产生偏移,从而影响系统电能传输的稳定性和效率。为减小影响,分析了4种典型拓扑补偿电路结构,并给出了最优补偿电路选取原则。最后,在MATLAB平台进行验证,结果验证了数学推导的正确性以及补偿电路设计的有效性。研究结果可为类似水下无线供电系统的设计提供借鉴。