基于PID的ROV运动控制仿真

针对观察型水下机器人在水下运动时易受暗流、波浪影响,造成操控困难、系统稳定性差等问题,建立遥控水下机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)不同运动的控制模型,考虑电机和导管螺旋桨推进器的传递函数对ROV控制系统的影响,确定定艏向和定深控制系统的闭环传递函数,结合模糊控制和比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)控制法,得到模糊PID控制器,基于MATLAB/Simulink环境进行ROV定深度运动仿真和ROV水平面艏向定偏角运动仿真。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制具有更优的ROV定艏向和定深度控制效果,不会发生超调现象,在抗干扰能力和响应速度方面具有明显的优势,可有效地实现ROV定艏向和定深度运动控制。

多型ROV统一操控技术研究

当前操控设备通常只适用于特定型号ROV,为满足深海空间站搭载多型ROV装备统一操控的需求,在调研国外ROV操控技术发展现状的基础上对多型ROV统一操控技术进行研究,梳理ROV操控标准信息接口,完成ROV操控通用软件的架构设计,并提出设备免驱的ROV操控电气接口,可为ROV通用操控设备的研制提供参考。

深海作业重载型ROV卸扣和吊钩概述及展望

深海能源开发和利用在全球有着重要的战略意义。介绍了深海作业重载型ROV卸扣和吊钩的概述和展望,包括海洋工程装备、ROV水下机器人、ROV机械手以及与之配套的深海作业重载型ROV卸扣和吊钩等,并对ROV卸扣和吊钩的研发和未来发展趋势进行了总结与展望。

深海采矿水下巡检ROV水动力特性分析

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)。本文基于计算流体动力学方法,研究了ROV在进退和升沉两种主要运动模式下的阻力、表面压强及流场流线特点,同时采用滑移网格方法对螺旋桨仿真,分析了螺旋桨转动对ROV水动力性能的影响。结果表明:ROV在前进和下潜时具有较好的水动力性能,螺旋桨转动对ROV腔体内部流场及尾流区域产生梳流导流作用,减小了ROV负压区及航行阻力,后退和上升时螺旋桨转动则加剧内部流场紊乱,恶化了ROV水动力性能。

基于自适应S面算法的小型ROV艏向和深度运动控制研究

带缆遥控水下机器人(ROV)系统艏向与深度运动具有强非线性和运行环境不确定性等特点。针对ROV的运动特点,构建运动控制模型并进行化简,通过构建自适应S面控制法对艏向与深度进行控制,并利用Lyapunov的稳定性判据证明该控制法的稳定性,通过仿真验证了该控制法具有良好的稳定性和控制品质。同时,与S面控制法相比,自适应S面控制具有更好的动态性能与静态性能,调节速度快、稳定性强,能够准确控制ROV运动。

ROV永磁推进电机低速无传感器控制研究

为了提高ROV推进系统的运行性能,通常使用永磁同步电机作为推进电机。此外,无传感器的位置估计可提高推进电机的应用范围,估计结果可以代表机械传感器测量值的冗余性。论文提出高频注入算法与二阶广义积分器(SOGI)相结合。通过与转子位置直接相关的q轴电流的近似计算,准确地估计了位置和转子速度。此外,通过引入二阶广义积分器,有效地减少了估计位置的谐波。然后,在Matlab/Simulink中通过选择不同的低速实验验证来转子位置估计算法的可靠性。

用于灯浮标链系巡检的ROV设计及性能分析

为掌握灯浮标链系的水下状态,提出一种用于灯浮标日常巡检的无人遥控水下航行器(ROV)系统设计方案,该系统主要由ROV本体、脐带缆、绕线盘及水面控制系统组成,旨在掌握灯浮锚链的水下状况,清理灯浮筒上的海洋生物污损,尽可能对掉入海中的灯器和蓄电池进行回收打捞,对沉石进行定位以辅助后续打捞。全面介绍ROV本体各模块及控制系统的设计方案,建立ROV整体模型并进行水动力分析,模拟该ROV系统在设计方向和航速下的阻力情况,为推进器选型提供依据。

故障检测与重构下基于AFTSMO的ROV三维航迹跟踪控制

针对传统的滑模观测器在缆控水下机器人(ROV)系统状态估计与故障重构过程中存在渐近收敛、无法及时准确重构故障信号的问题,提出一种基于自适应快速终端滑模观测器(adaptive fast terminal sliding mode observer)的故障检测和控制优化方法。建立带有推进器故障、未知外界干扰和模型参数不确定性等复合干扰的ROV系统故障模型;设计具有自适应特性的快速终端滑模控制器,保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛;通过等效输出误差注入法对推进器引起的故障进行估计重构。采用Lyapunov稳定性理论验证控制系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的故障检测方法能够快速检测和重构故障,保证ROV系统较高的跟踪精度,并通过实验验证了所提算法的有效性。

基于ROV平台的水下精细探测技术在水下隐蔽构筑物安全检测应用

水利工程中很多水库、堤防工程存在大量水下隐蔽构筑物,潜水员进行巡视时受作业风险等影响,较难开展定期巡视,频次难以保证,不利于水库的安全运维工作。为此提出一种基于ROV平台的水下精细探测技术,利用搭载于ROV平台上的三维图像声呐获取观测物体的三维点云数据,利用光学成像系统获取观测物体的外观情况等数据,可提供丰富的定性定量信息。某水库拦污栅检测结果表明:该方法能发现水下隐蔽构筑物的破损情况,并对各种污物进行详细描述,在数字孪生流域数据底板建设工作中具有良好的推广前景。

深海ROV压力补偿器的设计研究

压力补偿器对深海水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)的作业深度和作业性能等有重大影响。为了加强压力补偿器在深海ROV中的工程化应用,文章对ROV中压力补偿器的设计开展研究。通过分析比较不同材质、相同体积的ROV阀块与阀箱壳体重量发现,若采用不锈钢材质与钛合金材质的阀块与阀箱壳体,无需采用压力补偿器即可满足其耐压性能要求,但ROV的质量分别增加约187%和74%;而采用铝合金阀块和阀箱壳体与补偿器的融合设计的ROV,具有重量轻、结构紧凑及大水深作业的优异性能。以滚动膜片式压力补偿器的设计为例,通过分析其结构特点和静态性能指出,调节弹性元件及结构件的相关参数可确定补偿压力与海水压力的压力差,使压力补偿器的补偿压力满足使用要求;此外,依据滚动膜片式压力补偿器的油液收缩与油液膨胀原理等,给出了压力补偿器体积计算原则,指出压力和温度是影响补偿器体积选择的重要参数,依此原则设计的压力补偿器可使ROV应用于5000 m(约50 MPa)的深海而无需加装厚实的耐压结构来保护。文章最后从密封性能、结构设计及压力补偿3个方面对压力补偿器技术未来的发展进行了展望。

ROV平台全景摄像系统的研究

不同于空气成像,水下全景受水压、暗光影响比较大,需要特殊的镜头封装和聚焦型水下照明,而水下多路图像处理可以借鉴、调整已有的图像处理算法,以解决偏色、噪点等成像问题;且基于全景视频传输的热点研究,水下ROV全景摄像系统有较好的发展空间。基于对水下全景摄像技术的研究,文章首先详细介绍了水下全景摄像的生成和传输方式,并以ROV平台为载体,从相机硬件的需求分析,说明分布式、集成式两种相机布局;接着,针对获得的多路图像数据,通过图像预处理、拼接融合生成全景图像;最后,考虑水下水上的远程视频传输,介绍了全景视频基于切片流(Tile流)划分的自适应多速率传输方案。从水下全景摄像技术的发展来看,随着图像无损拼接、影像处理器计算速度更迭、图像复原、超宽带连接和全景视频传输等技术的提高,ROV平台全景摄像系统将得到广泛应用。

拖曳式ROV的结构与低阻外形设计

在深海应急搜救过程中,通常要使用深拖系统、AUV、ROV等不同功能的深海装备交替作业,在目标海域开展大范围搜探、疑似目标确认、处置作业等任务。多种深海装备同时配合使用,不仅支援保障难度大,而且装备布放回收占用大量作业时间,导致作业效率低、耗费大。针对上述问题,提出一种融合作业级ROV与深海拖曳系统功能的新型潜水器—拖曳式ROV,其具有高速拖曳和处置作业双工作模式,并可在水下按需快速切换。结构方面,通过双电机由行星齿轮差速器耦合驱动一组垂向变形机构组成变结构装置,并结合冗余设计,实现高速拖曳/处置作业模式的可靠切换;外形方面,拖曳式ROV引入了低阻线型,通过CAD参数化设计结合CFD阻力分析,获得了低阻力流线型外观。

基于改进YOLOv5s的桥墩缺陷检测ROV设计应用

针对桥墩附近乱流现象严重和桥墩表面光滑难以吸附的问题,采用浮游加抱臂爬行方式,利用复合控制技术设计了一款桥墩缺陷检测ROV。首先,ROV本体结构采用8矢量推进器布局方案,实现了机器人浮游状态全向运动,提高了ROV抗扰能力;其次,抱臂夹持机构采用绳传动方式,以机械简单联动为ROV爬行状态下的稳定检测提供了可靠平台;最后,采用基于注意力机制改进的YOLOv5s网络识别桥墩缺陷,通过引入ASPP、IAAM等结构,提升了缺陷检测的实时性与精度。真实水域试验结果表明,所设计的ROV具有很好的适用性和有效性,在复杂水域环境下取得了较好的桥墩缺陷检测应用效果,可代替潜水员完成桥墩缺陷采集工作。

浅水观察小型ROV结构设计与优化

针对小型水下机器人(ROV)体积小、质量轻导致抗干扰能力差等问题,从外形、密封耐压舱等主体部件出发,对整体结构进行优化设计,采用Fluent进行水下动力分析,分析所设计的小型ROV在水下航行时所受到压力及速度矢量变化,结合整体外形,推进器结构及电控系统的优化选型并得出优化设计结果,浅水观察小型ROV采用流线型设计后,可有效降低水阻同时减小体积,增强了运动性,能耐压能力强。

基于实测数据回放的ROV导航定位系统研究

针对ROV对国产导航系统的需求,研发了包含导航融合终端软件及光纤罗经在内的ROV导航定位系统工程样机。该系统由嵌入式运行模式、仿真运行模式和数据分析模块三部分组成,能够完整记录ROV工作环境数据信息并进行时标化存储,生成实测数据文件,进而通过精准复现ROV工作环境数据,为ROV导航算法的调试提供便捷、一致的试验数据和高效的数据分析手段。海试验证结果表明,系统有效复现了水下试验数据,通过数据回放仿真高效完成了导航算法参数调试,对USBL噪声实现80%抑制,并能够有效应对USBL输出异常情况,可有效辅助ROV水下调查及安装等工程作业。

ROV扭矩工具液压监测系统研究

ROV扭矩工具是海洋油气工程中水下生产系统常用的维修安装工具之一,其适应性与稳定性直接影响水下生产系统维修安装的效率与安全。目前国内对ROV扭矩工具的研究还处于认识和操作的基础阶段,核心技术还无法突破。结合API及ISO13628-8相关标准,设计了ROV扭矩工具的液压监控系统;然后建立液压马达回路数学模型,得到液压马达回路传递函数方框图;最后采用Matlab和AMESim两款软件对液压马达回路进行仿真和对比。采用AMESim软件对锁紧和换挡液压缸回路进行建模仿真,得到三个回路的输出曲线,通过分析,液压马达回路两个仿真结果具有较好一致性,数学模型准确无误,锁紧和换挡液压缸回路满足系统工作要求。仿真结果表明:设计的液压监控系统满足工程需要,可为ROV扭矩工具核心技术突破提供一定的技术参考。研究成果对我国ROV扭矩工具的国产化研究有一定的指导意义。

深海ROV卸扣和吊钩材料选择及生产工艺探讨

海洋蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源,随着陆地资源的减少,海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋显著。随着石油、天然气等海洋资源的开发从近海延伸到深海,水下机器人(ROV,Remotely Operated Vehi-cle)因其安全、高效、作业深度大、能在水下长时间工作而日益成为开发海洋资源的重要工具,而与ROV配套的卸扣、吊钩等也成为深海作业的重要产品,该产品更加便于在深水环境下被水下机器人(ROV)拆卸和回收,并且结构简单可靠,同时要求其材质具有高强度、高韧性、耐低温、耐腐蚀等特点,所以主要研究内容有:(1)产品材料的选择,根据高强度、高韧性、耐腐蚀等使用环境特点,对ROV卸扣和吊钩产品进行选材,以满足其使用要求。(2)制定合理的锻造工艺路线,包括控制加热、保温时间,始锻、终锻温度,锻后冷却措施等,减少锻造缺陷产生,降低由于锻造原因产生影响产品性能、质量的风险。(3)制定合理的热处理工艺路线,淬火、回火温度、时间的控制,淬火介质的选择等,以实现ROV卸扣和吊钩产品力学性能的高标准要求,满足其特殊的环境使用要求。

ROV扭矩工具系统研制与应用

ROV扭矩工具(TT)是深水水下油气田开发过程中使用的水下机器人(ROV)作业装备。ROV扭矩工具系统是以ROV为核心,包括扭矩工具本体和控制系统,其结构尺寸和工作能力与工作效率是影响水下作业的便利性与作业成本的关键因素。依托南海某气田水下生产系统,参考ISO13628-8等规范,设计出具有多尺寸自适应接口、牙嵌离合换挡结构和锁紧机构的扭矩工具及其控制系统。采用有限元分析软件对扭矩工具关键部件进行仿真分析。完成了扭矩工具的样机研制并进行测试。测试结果表明:水下ROV扭矩工具的锁紧、解锁功能,换挡功能,马达闭环控制功能均可实现,技术参数满足设计要求。研究成果对ROV扭矩工具及其控制系统的技术发展和产品开发均有借鉴意义。

ROV在海上风电水下检测的应用

近年来,我国海上风电快速发展。风电机组和海上升压站的桩基础、海缆等水下资产对海上风电场的安全稳定运行至关重要,一旦出现问题将会导致严重的发电损失,甚至可能影响安全。缆控水下机器人(ROV)在海洋石油工程具有广泛的应用,也逐步开始在海上风电的水下检测中应用。文章针对海上风电水下桩基础、海缆等水下资产在生产运维过程中的典型问题、检测需求和ROV目前应用的检测技术和检测设备进行了分析、总结,对目前应用中存在的问题和未来发展进行讨论,为ROV在海上风电场水下检测中的应用提供参考。

ROV在深远海域风电项目35 kV海缆敷设的应用

随着“双碳”战略的实施,海上风电项目建设进入井喷式发展,项目场址走向深远海成为行业趋势。深远海域的作业条件给风机基础施工、大容量机组吊装、海缆敷设施工带来巨大的挑战,为探索深远海域海上风电项目海缆敷设施工的方向,文章基于三峡能源长乐外海海上风电场A区项目现场建设情况,对ROV在35k V海缆敷设施工中应用实例进行探究,为今后深远海风电项目提供可借鉴经验。