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面向海流扰动和通信时延的欠驱动AUV编队跟踪控制 被引量:1
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作者 丁文俊 张国宗 +3 位作者 刘海旻 柴亚军 王驰宇 毛昭勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期184-196,共13页
由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适... 由欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)编队组成的水下探测阵列具有响应快、机动性好、智能化程度高的特点。针对无速度信息传输的多AUV在海流和时延复合扰动下的编队控制问题,提出一种虚拟轨迹、轨迹预测、自适应反演滑模控制技术相结合的编队控制方法。使用领航者的位置信息和期望队形得到跟随者的参考轨迹,并引入虚拟轨迹使其与跟随者参考轨迹有限时间重合,从而得到跟随者的期望位置和速度。在此基础上,使用最小二乘法拟合轨迹曲线进行时延补偿,并通过自适应反演滑模控制技术完成海流干扰下的编队轨迹跟踪。理论分析和仿真结果表明,新方法具有可行性和有效性。 展开更多
关键词 欠驱动自主水下航行器 编队控制 自适应反演滑模控制 虚拟轨迹 时延
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深海AUV无动力垂直下潜运动特性研究
2
作者 王宁 谷海涛 +2 位作者 高浩 冯萌萌 邢林 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第6期104-111,共8页
深海AUV(自主水下机器人)采用无动力下潜方式能有效节约能源,但是水平或小纵倾角姿态下潜用时较长,水平偏移大。为提高下潜速度,减小下潜偏移距离,对AUV无动力垂直下潜过程进行研究。使用四元数代替欧拉角得到AUV运动方程,并加入洋流和... 深海AUV(自主水下机器人)采用无动力下潜方式能有效节约能源,但是水平或小纵倾角姿态下潜用时较长,水平偏移大。为提高下潜速度,减小下潜偏移距离,对AUV无动力垂直下潜过程进行研究。使用四元数代替欧拉角得到AUV运动方程,并加入洋流和浮力数学模型,通过Simulink仿真模块建立AUV垂直下潜运动仿真方法,解决垂直下潜产生的姿态角解算奇异性问题。通过设置不同仿真工况,得到AUV垂直下潜运动状态量受负浮力、重浮心距离、舵角、初始纵倾角及环境扰动力的作用规律。结果表明,AUV采用垂直下潜方式,可实现较大的下潜速度,同时减小水平偏移距离;洋流扰动是垂直下潜运动产生水平偏移的主要原因;下潜深度6000 m时,浮力变化扰动导致末端下潜速度减小30%,下潜时间增加21%。 展开更多
关键词 深海auv 垂直下潜 运动仿真 四元数
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基于改进T分布烟花-粒子群算法的AUV全局路径规划
3
作者 刘志华 张冉 +2 位作者 郝梦男 安凯晨 陈嘉兴 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3123-3134,共12页
针对传统粒子群算法在处理自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)全局路径规划时面临的寻优时间长、能耗高的问题,本文提出一种改进的T分布烟花-粒子群算法(T-distribution Fireworks-Particle Swarm Optimization Algorit... 针对传统粒子群算法在处理自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)全局路径规划时面临的寻优时间长、能耗高的问题,本文提出一种改进的T分布烟花-粒子群算法(T-distribution Fireworks-Particle Swarm Optimization Algorithm,TFWA-PSO),该算法融合了烟花算法的高效全局搜索能力和粒子群算法的快速局部寻优特性.在变异阶段,提出自适应T分布变异来扩大搜索范围,并在理论上证明了该变异方式能够使个体在局部最优解附近增强搜索能力.在选择阶段提出了适应度选择策略,淘汰适应度差的个体,解决了传统烟花算法易丢失优秀个体的问题,并对改进的T分布烟花算法与传统烟花算法的收敛速度进行对比.将改进算法的爆炸操作、变异操作和选择策略融合到粒子群算法中,对粒子群算法的速度更新公式进行了改进,同时从理论上对所改进的算法进行了收敛性证明.仿真实验结果表明,TFWA-PSO能够有效规划出一条最短路径,同时与给定的智能优化算法相比,TFWA-PSO在寻找最优路径的时间上平均降低了24.72%,能耗平均降低了17.33%,路径长度平均降低了16.96%. 展开更多
关键词 自主水下机器人 全局路径规划 烟花算法 粒子群算法 自适应T分布变异 收敛性证明
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复杂环境下DWA与RRT算法融合的AUV局部路径规划
4
作者 李娟 张子浩 张宏瀚 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期961-973,共13页
针对复杂水下环境下的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)局部路径规划问题,传统动态窗口法(dynamic window approach,DWA)存在复杂障碍物中陷入局部停滞,动态避障性能不佳等问题,本文提出了一种基于DWA与快速随机搜索... 针对复杂水下环境下的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)局部路径规划问题,传统动态窗口法(dynamic window approach,DWA)存在复杂障碍物中陷入局部停滞,动态避障性能不佳等问题,本文提出了一种基于DWA与快速随机搜索树(rapid-exploration random tree,RRT)算法融合的路径规划算法。改进的DWA算法速度空间根据整个动态窗口的周期生成,重设了评价函数并结合AUV任务环境引入洋流能耗评价函数;改进的RRT算法在局部已知空间内规划导引点,帮助DWA脱离局部停滞状态并实现更安全的动态避障。将2种算法融合,实现了AUV在复杂水下环境中的局部路径规划。仿真表明,该融合算法能够降低AUV在洋流中的能耗代价,解决了DWA在复杂障碍物中陷入局部停滞的问题,能够安全有效地躲避动态避障物。 展开更多
关键词 自主水下航行器 路径规划 动态窗口 快速扩展随机树 速度空间 评价函数 水下环境 动态避障
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基于COMGRU的AUV航路轨迹预测方法
5
作者 徐鹏 徐东 +2 位作者 李腾涛 赵宏瑞 赵佳媛 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1384-1390,共7页
针对采用神经网络预测自主水下机器人航迹存在滞后性的问题,本文提出一种基于信息压缩的改进门控循环神经网络,用于水下自主机器人航路多步轨迹预测。该算法将水下自主机器人航行轨迹附近的障碍物位置信息、海流信息以及时空轨迹信息共... 针对采用神经网络预测自主水下机器人航迹存在滞后性的问题,本文提出一种基于信息压缩的改进门控循环神经网络,用于水下自主机器人航路多步轨迹预测。该算法将水下自主机器人航行轨迹附近的障碍物位置信息、海流信息以及时空轨迹信息共同构成的地理位置信息进行数据压缩处理,作为本文预测网络的输入,以提高网络训练效率。实验验证该算法减少了水下自主机器人航迹多步预测的滞后性且具有较高的准确率。 展开更多
关键词 水下自主机器人 航迹预测 门控循环神经网络 数据压缩 时空轨迹 多步预测 滞后性
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输入时延与通信时延下AUV集群的牵制控制
6
作者 杜雪 孙兆栋 +1 位作者 徐成龙 靳泽晟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1474-1480,共7页
针对时延问题对集群稳定性的影响,对牵制控制策略进行研究,利用反馈线性化将水下无人潜航器(AUV)模型简化为二阶积分器模型,研究了具有时延的水下无人潜航器集群下的编队控制问题,并将一致性控制与牵制控制相结合。分析了输入时延和通... 针对时延问题对集群稳定性的影响,对牵制控制策略进行研究,利用反馈线性化将水下无人潜航器(AUV)模型简化为二阶积分器模型,研究了具有时延的水下无人潜航器集群下的编队控制问题,并将一致性控制与牵制控制相结合。分析了输入时延和通信时延对水下无人潜航器集群系统的影响,应用Nyquist判据控制理论进行证明,得到了集群中被牵制水下无人潜航器和未被牵制水下无人潜航器组成的系统能渐进收敛达到一致性的充分必要条件。通过数值仿真验证了定理的正确性。 展开更多
关键词 水下无人潜航器集群 一致性 牵制控制 通信时延 输入时延
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基于动态矩阵方法的欠驱动AUV运动控制研究
7
作者 王晓鸣 田奇睿 +2 位作者 陈凯 张桐瑞 忻加成 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第20期80-86,共7页
为解决欠驱动自主水下机器人(AUV)在航行过程中的控制问题,提高其抵抗外部干扰的能力,设计一种新型控制器,该控制器以模型预测控制策略中的动态矩阵控制(DMC)方法为主回路控制器,其目的是通过模型预测与反馈校正的特点使AUV获得良好的... 为解决欠驱动自主水下机器人(AUV)在航行过程中的控制问题,提高其抵抗外部干扰的能力,设计一种新型控制器,该控制器以模型预测控制策略中的动态矩阵控制(DMC)方法为主回路控制器,其目的是通过模型预测与反馈校正的特点使AUV获得良好的跟踪能力。此外,副回路控制器采用频率较高的增量式PID的控制方法,通过优化模型预测向量,设计模型调控参数,最终获得反应速度良好的内回路控制器,其作用是快速抑制突发性扰动。最后,将此控制器应用于AUV首向与深度的仿真实验中,通过仿真实验,验证了该控制器不仅能够满足AUV的控制需求,同时在面对外部时变干扰时具有较好的鲁棒性。 展开更多
关键词 自主水下机器人 动态矩阵控制 PID 串级控制
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基于粒子群优化-人工势场的多AUV拦截技术研究
8
作者 孙兵 戚国亮 +1 位作者 张威 孟祥巧 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期769-777,共9页
在复杂多变的水下环境中,针对港口等环境下的运动入侵目标的拦截问题,提出了一种新的多自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)拦截算法——预测规划拦截法。首先,通过AUV和入侵目标的运动轨迹,依据拦截点思想快速简单地确... 在复杂多变的水下环境中,针对港口等环境下的运动入侵目标的拦截问题,提出了一种新的多自主水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)拦截算法——预测规划拦截法。首先,通过AUV和入侵目标的运动轨迹,依据拦截点思想快速简单地确定拦截位置,对三维环境下拦截点难以计算的问题采用粒子群优化算法选择最优拦截点,有效降低拦截距离。其次,利用人工势场法规划每个AUV在海流环境下的拦截路径。当目标物被环境中任意一个AUV拦截时,则认为拦截成功。仿真结果表明,在存在海流、障碍物的不同水下环境中,预测规划拦截法的拦截效率较传统的跟踪拦截法有较大的提升。 展开更多
关键词 自主水下机器人 预测规划拦截 路径规划 粒子群优化 人工势场
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面向海底管道巡检的AUV三维自适应路径跟踪
9
作者 王浩亮 任恩帅 +3 位作者 卢丽宇 刘陆 古楠 彭周华 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期166-174,共9页
针对面向海底管道巡检任务的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪控制问题进行研究。首先,在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,为设计适宜运动控制的三维路径跟踪控制器,建立流体坐标系,并在Serret-Frenet坐标系下建立AU... 针对面向海底管道巡检任务的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪控制问题进行研究。首先,在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,为设计适宜运动控制的三维路径跟踪控制器,建立流体坐标系,并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型;其次,将可变前视距离引入传统视线(LOS)制导策略,提出一种自适应LOS制导策略以提高制导精度,并基于此设计面向海底管道巡检的AUV三维路径跟踪控制器,使得AUV可有效跟踪设定的参数化路径;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果验证了所提面向海底管道巡检的三维路径跟踪控制器的有效性。研究成果能够改善AUV的操纵性,可为面向海底管道巡检的无人水下航行器路径跟踪控制方法提供参考。 展开更多
关键词 海底管道巡检 自主水下航行器 三维路径跟踪 视距制导策略 自适应控制
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基于改进蚁群优化算法的AUV三维路径规划
10
作者 蒲兴成 冼文杰 聂壮 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期627-634,共8页
针对蚁群算法在三维路径规划时收敛速度慢且难以收敛至最优的缺点,提出一种新的改进蚁群算法,并将其应用于自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)三维路径规划。与现有算法相比,改进算法优点主要体现在3个方面:首先,引... 针对蚁群算法在三维路径规划时收敛速度慢且难以收敛至最优的缺点,提出一种新的改进蚁群算法,并将其应用于自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)三维路径规划。与现有算法相比,改进算法优点主要体现在3个方面:首先,引进伪随机状态转移概率提升算法全局搜索能力;其次,将距离和轨迹限定因子引入启发式函数,距离因子保证搜索不断趋近目标点,在轨迹限定因子约束下,轨迹累计转角更小,以此提升收敛速度和精度;最后,通过扩大信息素增量差距并逐步提高信息素衰减系数,进一步提高路径规划效率。实验结果表明,改进蚁群算法能够获得累计转角更小路径,且路径长度更小,收敛速度更快。 展开更多
关键词 路径规划 改进蚁群算法 启发函数 信息素更新 收敛速度 三维路径规划 自主水下机器人 转移概率
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基于L-SHADE算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟
11
作者 周国华 李林锋 +2 位作者 吴轲娜 刘月林 夏帅 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2678-2687,共10页
采用自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)磁测平台可开展海洋地磁场测量、水下磁性目标探测和识别等工作,AUV磁测平台具有广阔的应用前景,但目前AUV载体磁干扰补偿技术研究尚不成熟,制约着水下航行器测磁精度。基于磁测... 采用自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)磁测平台可开展海洋地磁场测量、水下磁性目标探测和识别等工作,AUV磁测平台具有广阔的应用前景,但目前AUV载体磁干扰补偿技术研究尚不成熟,制约着水下航行器测磁精度。基于磁测平台抗磁干扰基本原理,提出一种基于线性种群规模缩减和成功历史的参数自适应差分进化(Success History-based Adaptive Differential Evolution with Linear Population Size Reduction,L-SHADE)算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟方法。用磁偶极子和旋转椭球壳混合模型来等效模拟AUV载体磁干扰,通过模拟航行获得多组磁测数据,据此建立磁干扰参数辨识模型,并采用L-SHADE算法求解。通过数值模拟实验定量分析研究磁测平台测磁精度随磁传感器、平台姿态及航向等误差的传播规律。研究结果表明:当磁传感器测量精度为10 nT、姿态测量精度为0.01°、航向测量精度为0.1°时,测磁误差可小于100 nT。设计的AUV磁测平台抗干扰试验表明,地磁场总量最大相对误差为1.07%。 展开更多
关键词 自主水下航行器 磁干扰补偿 参数辨识 磁等效数学模型 L-SHaDE算法
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Numerical computation and analysis of high-speed autonomous underwater vehicle (AUV) moving in head sea based on dynamic mesh 被引量:2
12
作者 高富东 潘存云 +1 位作者 徐小军 韩艳艳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第11期3084-3093,共10页
Autonomous underwater vehicles (AUVs) navigating on the sea surface are usually required to complete the communication tasks in complex sea conditions. The movement forms and flow field characteristics of a multi-mo... Autonomous underwater vehicles (AUVs) navigating on the sea surface are usually required to complete the communication tasks in complex sea conditions. The movement forms and flow field characteristics of a multi-moving state AUV navigating in head sea at high speed were studied. The mathematical model on longitudinal motion of the high-speed AUV in head sea was established with considering the hydrodynamic lift based on strip theory, which was solved to get the heave and pitch of the AUV by Gaussian elimination method. Based on this, computational fluid dynamics (CFD) method was used to establish the mathematical model of the unsteady viscous flow around the AUV with considering free surface effort by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations, shear-stress transport (SST) k-w model and volume of fluid (VOF) model. The three-dimensional numerical wave in the computational field was realized through defining the unsteady inlet boundary condition. The motion forms of the AUV navigating in head sea at high speed were carried out by the program source code of user-defined function (UDF) based on dynamic mesh. The hydrodynamic parameters of the AUV such as drag, lift, pitch torque, velocity, pressure and wave profile were got, which reflect well the real ambient flow field of the AUV navigating in head sea at high speed. The computational wave profile agrees well with the experimental phenomenon of a wave-piercing surface vehicle. The force law of the AUV under the impacts of waves was analyzed qualitatively and quantitatively, which provides an effective theoretical guidance and technical support for the dynamics research and shape design of the AUV in real complex environnaent. 展开更多
关键词 computational fluid dynamics dynamic mesh autonomous underwater vehicle auv MOTION head sea viscous flowfield
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一种AUV模块化载体结构设计与实现 被引量:1
13
作者 胡中惠 张家锐 +2 位作者 李文跃 王磊 姜磊 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第4期74-77,共4页
随着科技的不断发展,水下作业任务呈多样化、复杂化的趋势,针对自主式水下无人航行器功能多样性的问题,采用模块化的设计思想,提出一种载体结构设计方法。以某300 m级探测型AUV为例,对本文提出的载体结构进行验证。水池试验结果表明,本... 随着科技的不断发展,水下作业任务呈多样化、复杂化的趋势,针对自主式水下无人航行器功能多样性的问题,采用模块化的设计思想,提出一种载体结构设计方法。以某300 m级探测型AUV为例,对本文提出的载体结构进行验证。水池试验结果表明,本文提出的模块化载体结构运行情况良好,保证了AUV各项功能的实现,可为水下无人航行器的工程设计提供参考。 展开更多
关键词 水下无人航行器 载体结构 模块化
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Sonar Image Processing System for an Autonomous Underwater Vehicle(AUV)
14
作者 Wen, X. Yuling, W. Weiqing, Zh. 《High Technology Letters》 EI CAS 1995年第1期71-75,共5页
Sonar image processing system is an important intelligent system of Autonomous Un-derwater Vehicle.Based on TMS320C30 high speed DSP,it is used to realize sonar imagecompression and underwater object detections includ... Sonar image processing system is an important intelligent system of Autonomous Un-derwater Vehicle.Based on TMS320C30 high speed DSP,it is used to realize sonar imagecompression and underwater object detections including obstacle recognition in real time.Inthis paper,the software and hardware designs of this system are introduced and the experi-mental results are given. 展开更多
关键词 autonomous underwater vehicle SONaR image processing Digital SIGNaL PROCESSOR
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一种绳驱动AUV布放回收装置的结构设计与动力学分析
15
作者 孙海龙 邓晨旭 +3 位作者 王生海 韩广冬 陈海泉 孙玉清 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第8期54-60,共7页
为了提高自主式水下航行器(AUV)布放回收的安全性和效率,以船舶起重机为基础,设计一种不仅能通过绳索自主调整吊笼的姿态,而且具有良好减摇效果的AUV水面布放回收装置。分析该装置的结构特性和机械理论模型,采用坐标转换法对吊笼的运动... 为了提高自主式水下航行器(AUV)布放回收的安全性和效率,以船舶起重机为基础,设计一种不仅能通过绳索自主调整吊笼的姿态,而且具有良好减摇效果的AUV水面布放回收装置。分析该装置的结构特性和机械理论模型,采用坐标转换法对吊笼的运动学位置、速度和加速度进行分析,并通过MATLAB软件对其进行仿真验证。在运动学模型的基础上对装置进行动力学分析,并利用ADAMS搭建绳索系统的虚拟样机并进行无激励和存在激励仿真验证。研究结果表明:在受船舶激励的情况下,横摇的减摇效果为78%,纵摇的减摇效果为75%;在给定轨迹下,4根绳索的变化比较稳定,能通过绳索调整吊笼的姿态,进而安全高效地完成AUV布放回收工作。 展开更多
关键词 自主式水下航行器 布放回收装置 绳驱动 自主调节 减摇
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AUV接驳系统水下系泊悬浮运动建模与分析
16
作者 谭桦 辛传龙 郑荣 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第16期90-101,共12页
水下对接是自主水下航行器(AUV)能量补充和数据交换的关键技术,为提升对接成功率,针对拖曳式导向罩对接方法进行改进,设计了一种新型开合式接驳装置。分析该装置是否满足对接要求,本文基于机构质心位移分析和Newton-Euler动力学理论建... 水下对接是自主水下航行器(AUV)能量补充和数据交换的关键技术,为提升对接成功率,针对拖曳式导向罩对接方法进行改进,设计了一种新型开合式接驳装置。分析该装置是否满足对接要求,本文基于机构质心位移分析和Newton-Euler动力学理论建立具有变质心特性的接驳装置水下六自由度运动模型,系绳简化为一变刚度——阻尼轻质弹簧模型,结合系绳运动和受力边界条件建立系统缆-体耦合运动模型;并使用CFD软件STARCCM+对系泊悬浮接驳系统建立动态仿真模型。通过拖曳实验验证2种方法的有效性,其中仿真结果与实验数据的相关性更好,相关性系数最高时可达0.936 7。最后利用动态仿真模型详细分析外界水流和波浪干扰以及接驳装置拖点变化、导向罩开合对接驳装置运动状态的影响,波浪幅值不宜超过0.2 m,拖曳架固定时接驳装置更有利,导向罩开合时对接驳装置的姿态角影响较小,对其位置的变化影响较大。 展开更多
关键词 水下对接 自主水下航行器 水下接驳装置 水下悬浮对接
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Path Planning for AUVs Based on Improved APF-AC Algorithm 被引量:1
17
作者 Guojun Chen Danguo Cheng +2 位作者 Wei Chen Xue Yang Tiezheng Guo 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第3期3721-3741,共21页
With the increase in ocean exploration activities and underwater development,the autonomous underwater vehicle(AUV)has been widely used as a type of underwater automation equipment in the detection of underwater envir... With the increase in ocean exploration activities and underwater development,the autonomous underwater vehicle(AUV)has been widely used as a type of underwater automation equipment in the detection of underwater environments.However,nowadays AUVs generally have drawbacks such as weak endurance,low intelligence,and poor detection ability.The research and implementation of path-planning methods are the premise of AUVs to achieve actual tasks.To improve the underwater operation ability of the AUV,this paper studies the typical problems of path-planning for the ant colony algorithm and the artificial potential field algorithm.In response to the limitations of a single algorithm,an optimization scheme is proposed to improve the artificial potential field ant colony(APF-AC)algorithm.Compared with traditional ant colony and comparative algorithms,the APF-AC reduced the path length by 1.57%and 0.63%(in the simple environment),8.92%and 3.46%(in the complex environment).The iteration time has been reduced by approximately 28.48%and 18.05%(in the simple environment),18.53%and 9.24%(in the complex environment).Finally,the improved APF-AC algorithm has been validated on the AUV platform,and the experiment is consistent with the simulation.Improved APF-AC algorithm can effectively reduce the underwater operation time and overall power consumption of the AUV,and shows a higher safety. 展开更多
关键词 PaTH-PLaNNING autonomous underwater vehicle ant colony algorithm artificial potential field bio-inspired neural network
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AUV终端对接的单目视觉导引方法研究
18
作者 王秋生 齐向东 +3 位作者 薛晨阳 刘丹 王永华 王景楠 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS CSCD 2024年第2期216-223,共8页
在水下复杂环境中高效回收自主潜水器(AUV)是一项重大的技术挑战。本文提出了一种利用单目视觉检测和跟踪对接站上光环标识进行终端对接的方法。为了提高光源特征识别,本文改进了Canny边缘检测算法,采用自适应阈值方法动态调整光源轮廓... 在水下复杂环境中高效回收自主潜水器(AUV)是一项重大的技术挑战。本文提出了一种利用单目视觉检测和跟踪对接站上光环标识进行终端对接的方法。为了提高光源特征识别,本文改进了Canny边缘检测算法,采用自适应阈值方法动态调整光源轮廓,并在阈值最优时采用最小外接圆方法确定光源中心。此外,利用几何位置和面积约束消除水面反射的干扰。在视觉定位和跟踪方面,采用张氏标定法获取相机的内部参数和畸变参数,通过比较光环中心和图像中心来估计AUV的航向和俯仰偏差,然后利用位置-姿态PID控制器进行快速跟踪。水池实验结果表明,该方法简单实用,鲁棒性强,能够为未来水下机器人的可靠回收提供一定技术参考。 展开更多
关键词 自主潜水器(auv) 终端对接 单目视觉 位姿估计 图像处理
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Development of A Three-Dimensional Guidance System for Long-Range Maneuvering of A Miniature Autonomous Underwater Vehicle
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作者 Mansour ATAEI Aghil YOUSEFI-KOMA 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2014年第6期843-856,共14页
The present paper introduces a three-dimensional guidance system developed for a miniature Autonomous Underwater Vehicle(AUV). The guidance system determines the best trajectory for the vehicle based on target behav... The present paper introduces a three-dimensional guidance system developed for a miniature Autonomous Underwater Vehicle(AUV). The guidance system determines the best trajectory for the vehicle based on target behavior and vehicle capabilities. The dynamic model of this novel AUV is derived based on its special characteristics such as the horizontal posture and the independent diving mechanism. To design the guidance strategy, the main idea is to select the desired depth, presumed proportional to the horizontal distance of the AUV and the target. By connecting the two with a straight line, this strategy helps the AUV move in a trajectory sufficiently close to this line. The adjacency of the trajectory to the line leads to reasonably short travelling distances and avoids unsafe areas. Autopilots are designed using sliding mode controller. Two different engagement geometries are considered to evaluate the strategy's performance: stationary target and moving target. The simulation results show that the strategy can provide sufficiently fast and smooth trajectories in both target situations. 展开更多
关键词 autonomous underwater vehicleauv Three-Dimensional(3D) guidance system Line-of-Sight(LOS) strategy autopilot sliding mode controller
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基于MPC-MRAC的用于子母式AUV投放的子AUV控制算法
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作者 乔文超 聂伟民 +2 位作者 杜选民 周胜增 温斌荣 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期112-122,共11页
针对水下搜救、水下集群作业等场合对负载能力、响应速度和多体协同的特殊要求,提出一种子母式自主水下航行器(AUV)概念。针对子母式AUV中的子AUV平台进行投放过程设计与分析,并对不同运动模式下的子AUV进行受力分析和建模。根据子AUV... 针对水下搜救、水下集群作业等场合对负载能力、响应速度和多体协同的特殊要求,提出一种子母式自主水下航行器(AUV)概念。针对子母式AUV中的子AUV平台进行投放过程设计与分析,并对不同运动模式下的子AUV进行受力分析和建模。根据子AUV运动特性设计一套基于模型预测控制-模型参考自适应控制算法(MPC-MRAC)的子AUV控制算法,并进行仿真。结果显示:该算法具有较快的响应速度和控制稳定性,适用于子AUV投放后的自主运动控制;其响应速度比反演滑模控制算法快42.48%,比比例积分微分(PID)控制算法快87.05%;控制精度比反演滑模控制算法高77.54%,比PID控制算法高76.19%。针对该系统设计制作样机并开展湖上试验,结果表明,子AUV控制算法具有良好的可行性和可靠性,可顺利实现子AUV投放后运行的安全可靠。子AUV在出舱后经过短时间姿态变化,成功与母AUV分离并顺利进行定深任务,最终达到近似等距分布的效果。研究成果可为用于子母式AUV投放的子AUV提供控制算法基础。 展开更多
关键词 子母式auv 载荷布放 模型参考自适应控制 姿态转换控制
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