一种自主水下航行器分布式控制系统

提出一种新的基于CAN总线的自主水下航行器(AUV)分布式控制系统。该控制系统具有良好的分层递阶体系结构,包括由综合显控台构成的任务层,由管理记录中心构成的协调层,以及由导航控制中心和底层执行机构控制节点构成的控制层。同时,将实时控制与非实时任务管理分离,由不同的功能节点实现,便于系统的维护和升级。航行试验中,分布式控制系统运行情况良好,AUV完整、正确地执行了航行任务,这充分说明该设计是成功的。

自主式水下航行器空间运动矢量建模与仿真

在对自主式水下航行器的空间六自由度运动进行研究的基础上,用牛顿力学方法和拉哥朗日方法推导了适于在Simulink环境下仿真的空间运动矢量模型,并建立了可移植性和功能强大的自主式水下航行器的空间六自由度运动仿真模块,解决了耦合非线性运动方程解算难、仿真难和显示难的问题,为自主式水下航行器及其它的高科技飞行器的研究和设计提供了便利的工具。

自主式水下航行器载荷分离运动仿真研究

自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统。从其功能仿真模型出发,研究了载荷和运载体的分离过程。通过分析分离过程中航行器受到的约束和流体动力的影响,利用多刚体动力学的方法理论,建立了在载荷和运载体存在约束情况下的航行器纵向运动方程,同时根据刚体运动的6自由度方程,给出了载荷与运载体分离后达到安全距离过程中的功能模型。基于上述模型进行了仿真,比较了不同速度和不同预定分离角对载荷和运载体分离过程的影响。仿真和分析结果证明了模型的合理性和有效性,对实际工程应用具有一定的参考价值。

自主水下航行器组合导航一体化仿真系统开发

AUV组合导航系统的研究,需要借助于仿真手段进行初步试验和算法验证。采用面向对象技术和模块化的设计思路开发远航程自主水下航行器组合导航一体化仿真软件系统,该一体化仿真软件分为仿真初始参数设置子系统,导航子系统,控制子系统,各子系统根据工作原理设计模块接口,具有建模、仿真、试验的一体化功能。仿真实验结果表明,该组合导航仿真软件系统可为AUV组合导航系统提供初步的仿真调试和实验验证环境,能够为半实物仿真及实物研制提供重要的参考信息。

一种自主水下航行器半实物仿真系统

半实物仿真(HILS)在自主水下航行器(AUV)控制系统开发过程中起着非常重要的作用。针对AUV控制系统开发测试的需要,提出一种基于AD/RTS实时仿真计算机的半实物仿真系统;该系统由AD/RTS实时仿真计算机和三轴模拟转台、水压仿真器、舵机负载模拟器等物理效应设备组成。重点讨论了AD/RTS仿真计算机和VMIC反射内存实时网络,最后给出半实物仿真运行的结果。结果表明:该仿真系统能够为控制系统提供测试环境,并作为AUV研制和实航试验的依据。

基于灰色理论的自主式水下航行器舵机控制系统设计

本文设计了一种基于灰色理论的AUV舵机控制系统,硬件采用STM32单片机及CAN总线.仿真结果和实际测试表明,在超调量、调节时间等方面,系统性能较传统PID控制得到了明显改善.

自主式水下潜器虚拟仿真系统研究

基于软件平台MultiGenCreatorPro和Vega开发出自主式水下潜器(简称AUV)虚拟仿真系统。论述了仿真系统体系结构、信息流、AUV运动模型与空间一致性方法;介绍了数据交换方式、主要的仿真功能、实时视景生成与显示技术;给出了AUV基于路径规划的三维仿真结果。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,采用的运动模型和仿真算法满足了系统仿真的实时性要求,可逼真地演示AUV的自主运动过程。该仿真系统作为演示并验证AUV自主能力与动态控制方法正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,已得到实际应用。

自主式水下潜器导航仿真系统研究

基于Windows网络平台用VC++语言开发出了自主式水下潜器(简称AUV)导航仿真系统,论述了仿真系统的体系结构、网络通信和数据交换;详细介绍了仿真系统中运动载体计算机和导航设备计算机的软件实现方法和关键技术;对重力匹配和地形匹配算法也作了相应的介绍;对仿真平台进行了仿真验证分析。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。该仿真系统可作为演示、验证和评估AUV导航系统正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,并已得到实际应用。

基于CAN总线的自主水下航行器分布式控制系统设计

提出一种基于CAN总线的分布式控制系统设计方案,该总线主要搭载任务控制系统、导航控制系统、运动控制系统及安保系统共4个节点;将自主水下航行器的功能分布到不同的控制节点,具有较好的体系结构,且便于维护与升级;不同于集中式控制系统,当系统内需增加其他功能模块时,无需修改硬件部分可直接接入控制系统,具有很好的实时性与可扩展性;最后通过湖试结果显示,自主水下航行器航行稳定,分布式控制系统运行良好,验证了该设计的可靠性与有效性。

欠驱动自主水下航行器移动式回收控制及视景仿真

为解决欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)移动式回收控制问题以及无法直观展示移动式回收过程的情况,本文设计了一套半物理仿真系统并通过视景仿真模块实时显示AUV与移动式回收装置在虚拟海洋环境中的位姿变化。首先介绍了移动式回收任务的流程;然后设计了一种新的前向速度导引律,并利用基于AUV模型的轨迹跟踪控制方法计算控制指令;最后搭建了半物理仿真系统且由视景仿真界面实时展示移动式回收装置与AUV的位置与姿态信息。仿真结果表明:当AUV由不同位置出发时基于模型的轨迹跟踪控制方法都能控制AUV顺利地靠近移动式回收装置、安全稳定地完成移动式回收任务。

水下自主航行器半实物仿真系统设计与实现

为了加快某新型水下自主航行器的研制,针对其特点完成了水下航行器半实物仿真系统的设计与实现。概括了半实物仿真系统研制过程,介绍了系统的工作原理和总体设计方案,提出了硬件和软件设计方法,完成了水下航行器半实物仿真系统的工程实现。结果表明半实物仿真系统具有实时性强、仿真精度高、结构紧凑、功能完备的特点。半实物仿真系统对优化水下航行器系统设计、改进制导性能、提升作战效能有着重要的实用价值。

自主式水下航行器舵机控制系统采样校正

目前,采用模拟电路处理数字转换(A/D)采样的误差校正问题已比较成熟,但这种方法实施起来相对困难,且对于数字校正方面未有过实际验证。基于此,针对自主式水下航行器(AUV)舵机控制系统的采样问题,以AUV舵机控制系统为研究对象,结合TMS320F2812芯片A/D采样模块的特性,分析了采样偏差产生的原因、过程及结果,阐述了采样-校正的原理,并重点提出了图形法和公式法2种误差校正方法。其中,图形法比较分析了实际脉冲宽度调制(PWM)占空比与采样理论值的差异,并以图形处理的方式进行校正;公式法将理论公式与实际输出相比较,得出校正公式。试验结果表明,经过内部数字校正后的舵机控制系统具有良好的位置跟踪性能,控制精度完全满足稳态误差设计要求。

水下航行器视景仿真系统的研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega开发出DIS环境下水下航行器视景仿真系统。提出了视景节点的软硬件配置要求;论述了基于Creator的实体建模方法、基于creator建模和Vega软件环境的海面、水下等海洋环境效果的生成方法、视景仿真软件的开发过程以及整体系统的实现等关键技术。仿真结果表明,该视景系统逼真地演示出水下航行器仿真过程,并且满足系统仿真的实时性要求。

基于MOOS-IvP的自主式水下航行器的机载软件系统容错设计

为提高自主水下航行器的可靠性,构建基于MOOS-IvP的自主水下航行器机载软件系统容错管理模块。该模块包括客户端状态监控和容错处理。在容错处理中,提出一种时间冗余和双进程冗余相结合的容错处理技术。通过在水池和海洋中对自主水下航行器改进后的软件系统进行测试,并用经典的软件可靠性增长模型定量对比分析了自主水下航行器改进前后软件系统平均无故障运行时间。试验结果表明,增加容错管理模块后的软件系统的可靠性明显提高。

水下航行器导航与控制实时仿真系统

针对某远程自主水下航行器 ,设计并实现了该航行器的实时仿真系统 ,阐述了该系统的方案构思、硬件组成及工作原理 ,介绍了实时仿真软件 ,最后给出在该系统上的实验结果。结果表明 ,该系统能为自动驾驶仪创造一个很好的仿真环境 ,通过它设计者在实验室中就可以较全面地对导航与控制系统进行调试 。

矢量推进自主水下航行器动力学建模及仿真

采用单矢量推进器进行航向控制的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV),与采用传统的鳍舵进行航向控制的AUV相比,具有更好的低速操控性及定位精度.根据单矢量推进式AUV的特点,将AUV的推力视为螺旋桨转速及矢量推进器摆角的函数,运用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度运动学模型和动力学模型,采用四阶五级龙格-库塔方法对单矢量推进式AUV动力学模型进行了求解,在Matlab环境下对其动力学行为进行了仿真预测,并通过水域试验验证了所建模型的正确性,为控制系统的设计奠定了基础.

层次分析法在水下航行器系统仿真可信性评估中的应用研究

系统仿真可信度评估需要从多个层次、多个角度进行,然而我们不仅关注评估过程中的各种结论,更希望了解系统仿真可信度的综合指标。本文首次将层次分析法(AHP)引入水下航行器系统仿真可信性综合评估中,通过确定系统仿真可信性评估指标体系中各因素的权重,对VV&A过程中的各种定性和定量的可信度评估因素加以综合,应用表明,所得到的系统仿真可信度综合指标具有一定的合理性和可信性。

水下航行器系统分布交互仿真技术研究

利用局域网技术构建了水下航行器的分布交互仿真系统，讨论了面向对象建模技术、客户/服务器结构、网络协议和动画生成等关键技术。

仅利用位置信息的自主水下航行器主从式编队控制方法

研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者的位置及航向信息设计一虚拟航行器,使其轨迹与参考路径在有限时间内重合。考虑了水下航行器的参数不确定性以及海流干扰等特点,给出了跟随者的自适应变结构控制律,使得跟随者沿着虚拟航行器的轨迹运动,从而与领航者保持期望的距离,达到编队控制的目的。仿真结果表明所提出的算法是有效的。

基于Simulink/VRML的自主水下航行器编队控制仿真

针对多自主水下航行器编队协同控制问题,建立了基于Leader-Follower编队的数学模型,设计了编队控制律,并从理论上证明了控制律的稳定性。为了直观地表达自主水下航行器编队控制的效果,利用MATLAB的Simulink/VRML工具箱构建了水下航行器的编队控制的可视化仿真模型。仿真结果表明,提出的编队控制算法是有效的,所构建的仿真平台直观地表达了自主水下航行器的编队效果,该仿真模型易于扩展,且可以验证其它编队控制算法。