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。

Research on Hydrodynamics Model Test for Deepsea Open-Framed Remotely Operated Vehicle

This paper presents the features of newly designed hydrodynamics test for the scaled model of 4500 m deepsea open-framed remotely operated vehicle （ROV）, which is being researched and developed by Shanghai Jiao Tong University. Accurate hydrodynamics coefficients measurement and spatial modeling of ROV are significant for the maneuverability and control algorithm. The scaled model of ROV was constructed by 1：1.6. Hydrodynamics coefficients were measured through VPMM and LAHPMM towing test. And dynamics model was derived as a set of equations, describing nonlinear and coupled 5-DOF spatial motions. Rotation control motion was simulated to verify spatial model proposed. Research and application of hydrodynamics coefficients are expected to enable ROV to overcome uncertainty and disturbances of deepsea environment, and accomplish some more challengeable and practical missions.

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。

Modeling and Testing of Hydrodynamic Damping Model for a Complex-shaped Remotely-operated Vehicle for Control

在这份报纸，塑造建筑群的遥远地操作的车辆(ROV ) 的数字建模并且模型测试被显示出。纸强调了在塑造建筑群的 ROV 上用计算液体抑制动态软件 ANSYS-CFX 的水动力学的系统的建模，不是的一个惯例通常适用。为在发展阶段期间测试的起始的设计和原型，用一个免费腐烂的实验的小规模的测试被用来验证从 ANSYS-CFX 获得的理论模型，模拟结果被显示与试验性的测试与一致。建议方法能决定抑制 ROV 的系数的水动力学。

基于RBF神经网络补偿的ROV运动控制算法

针对作业型遥控水下航行器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先,对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法,对于ROV内环速度控制采用指数趋近律的积分滑模控制方法;其次,为进一步改善滑模控制的抖振问题,引入双曲正切函数作为滑模切换项;然后,利用RBF神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿;最后,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制,并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。

基于改进混合运动麻雀搜索算法的水电站ROV路径规划

水下遥控机器人(ROV)路径规划是水电站水下巡检作业的关键。针对电站水库下复杂环境及现有路径规划算法存在规划时间长、算法稳定性差、易陷入局部最优及生成路径不平滑等问题,提出一种基于改进混合运动麻雀搜索算法的水电站ROV路径规划方法。首先,引入佳点集改进麻雀种群初始化方法,提高了种群多样性;其次,提出混合运动策略优化麻雀群体位置更新方式,提高了算法收敛精度及稳定性;然后,结合工程实际问题,考虑水库下水流速度大、强磁场、障碍物以及投入成本等因素,建立了包含时间成本、路径威胁、水流扰动和偏置函数的多元目标函数;最后,采用三次B样条插值得到最优光滑路径。仿真结果表明,相较于其他路径规划算法,所提方法在计算精度、收敛速度和稳定性方面表现更好,适用于水电站水下巡检任务。

基于迁移学习的ROV水下建筑物缺陷识别方法

水下建筑物缺陷检测是保障电厂长期安全稳定运行的关键。为解决检测任务繁重危险,提高检测效率,降低人工检测成本,提出一种基于水下机器人(ROV)的水下建筑物缺陷识别方法。针对水下成像环境复杂、噪声大、检测流程冗长等问题,设计了一种基于迁移学习的图像识别模型。首先,通过图像数据处理算法,提高水下缺陷图像质量,并对图像进行二值化处理,突出缺陷特征;然后通过卷积核提取图像中的突出特征,引入注意力机制对特征重要程度进行计算分配,提高模型特征提取效率;最后在训练过程中引入迁移学习,解决实际缺陷数据不足的问题,提高模型训练效率。结果表明,设计的迁移学习图像识别模型在标准数据集和实测缺陷数据集上准确率达到90%~95%,且迭代次数在30代以内,能够精确高效识别水下建筑物缺陷特征。

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。

基于扩张观测器的ROV固定时间轨迹控制

针对六自由度遥控无人潜水器(ROV)的轨迹规划控制问题,提出基于固定时间扩张观测器的非奇异积分终端滑模控制方法。建立考虑系统模型不确定性及外界扰动的ROV六自由度数学模型,采用一种基于固定时间收敛的扩张状态观测器,实现对系统集总干扰的准确估计以补偿控制系统的控制律;设计固定时间非奇异积分终端滑模控制器以保证ROV系统的轨迹跟踪性能,并基于Lyapunov稳定性理论证明系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:与以往控制方法相比,文章所提方法提高了控制系统的性能及精度,可保证水下机器人在不同初始状态下均能在固定时间内达到轨迹跟踪的效果。

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。

推力受限的ROV预设性能精准跟踪控制

[目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨迹跟踪误差快速镇定。[方法]首先,针对推进器饱和约束,设计补偿系统消除输入饱和限制;其次,设计有限时间扩张状态观测器,对外界扰动和未知系统动态进行集总观测和补偿;进而,基于预设性能函数和误差转换函数,将受预设性能限制的跟踪误差转换成非受限的跟踪误差并构造积分滑动模态,采用快速幂次趋近律和边界层减缓执行器抖振;最后,采用Lyapunov理论证明所提出算法的整体稳定性。[结果]仿真结果验证了所设计控制方法的有效性和优越性。[结论]该控制方案可为解决集总扰动下推力受限的ROV轨迹跟踪预设性能精准控制问题提供一种新的解决方案。

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。

基于ROV的TSS440探测系统在井场调查中的应用

该文描述在中国某海域井场海缆调查中,采用ROV搭载TSS440系统,通过设计测线,对井场内的疑似海缆进行调查,ROV搭载吹泥工具对发现的海缆进行除泥,以确认海缆及其路由的情况。研究结果表明,TSS440便于ROV搭载和安装,通过TSS440的调查结果以及除泥后海缆的确认,确定井场中海缆的存在和路由信息,调查结果可靠,为后期的钻井活动提供宝贵的参考信息。

ROV在沿海核电站取排水管廊检查中的应用

探讨小型无人遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle,ROV)在沿海核电站排水管廊检查中的应用及关键技术。首先,阐述ROV在海洋工程领域的研究和应用现状,分析其在海底工程中的应用优势。其次,分析ROV在沿海核电站取排水管廊检查中应用的可行性、可靠性、优越性和作业流程,进一步探讨ROV搭载各种功能的工具、设备、仪表解决不同工况需求。最后,研究和总结已有ROV在秦山核电站排水管廊检查中的应用案例,验证该技术在核电领域的可行性和有效性。

“海马”号ROV在天然气水合物勘查中的应用

天然气水合物作为未来的战略性新型能源矿产,在我国南海成功实现了试开采,对推动新的清洁能源生产具有重要而深远的影响。文中介绍了由我国自主研制的首套大深度作业型ROV系统("海马"号)的组成和结构特点,详细阐述了充分利用"海马"号ROV的灵活、全面、立体的作业性能,有针对性的配置了三视角高清摄像、机械手专用工具、海水温度、甲烷含量测量、声呐、定位信标等设备工具,进行了搜索、详查、观测、触探、取样、实验等水合物勘查作业,发现了海底"冷泉"活动以及与天然气水合物赋存相关的微地貌特征等,"海马"号的应用极大地推进了我国天然气水合物的研究和开发进展,未来将在天然气水合物勘查和科学研究中发挥重要作用。

ROV中继器的应用研究及发展趋势

缆控潜水器(ROV)是水下机器人的一种,是能够在水下环境中长时间作业的高科技装备。中继器是用于储存和收放中性缆的装置,用来消除或减小来自水面母船运动对ROV的影响,并增大ROV的作业半径。它对于保证ROV的安全及作业具有重要的作用。论文简要地介绍中继器的分类和系统组成,阐述中继器的作用和主要功能,分析了国内外中继器的应用现状,提出了中继器设计中应解决的关键技术,最后,对中继器技术的未来发展趋势做出展望。期望通过这些介绍能对从事这一领域研究的科研技术人员起到一定的指导作用,为我国深海水下载人/无人潜水器的设计提供依据和参考。

ROV在我国海洋区域地质调查中的应用

远程遥控水下机器人系统是一种先进的海洋综合调查设备,能够实现海底长时间、高精度的定点取样作业及其他精细调查,在海洋区域地质调查中利用ROV开展高精度海底取样及其环境调查方面具有其他调查设备无法比拟的优越性。ROV具有功能多、综合作业能力强、安全可靠和实时遥控等优点。目前国内利用ROV进行海洋区域地质调查还处于起步阶段,随着ROV在海洋调查中的应用技术不断成熟和完善,利用ROV进行海洋区域地质调查将大大提高海洋区域地质调查的装备水平和调查精度,具有广阔的应用前景。以"海狮号"ROV系统为例,介绍其在我国海洋区域地质调查中的典型应用。

“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。

一种自带能源的观察型ROV控制体系结构

介绍一种自带能源的观察型微细光缆遥控潜水器控制系统的结构和组成.FROV自身携带锂离子电池用于水下系统的供电,同时采用细光缆进行水下、水面系统的通讯.FROV具有水下机动性较好,活动范围较大等特点.

ROV运动控制技术综述

水下机器人(ROV)是人类在海洋探索和开发中的重要工具,而运动控制技术是ROV的关键技术之一,是各国研究机构的研究热点。综述了国内外主要的ROV运动控制技术,总结了ROV运动控制技术的主要研究内容及关键技术,并对ROV运动控制技术进行了展望。