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Equidistance target-following controller for underactuated autonomous underwater vehicles 被引量:1
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作者 Behzad Taheri Edmond Richer 《International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics》 EI 2013年第2期108-125,共18页
Purpose–Autonomous Underwater Vehicles(AUVs)play a crucial role in marine biology research and oceanic natural resources exploration.Since most AUVs are underactuated they require sophisticated trajectory planning an... Purpose–Autonomous Underwater Vehicles(AUVs)play a crucial role in marine biology research and oceanic natural resources exploration.Since most AUVs are underactuated they require sophisticated trajectory planning and tracking algorithms.The purpose of this paper is to develop a new method that allows an underactuated AUV to track a moving object while constraining the approach to a direction tangent to the path of the target.Furthermore,the distance at which the AUV follows the target is constrained,reducing the probability of detection and unwanted behavior change of the target.Design/methodology/approach–First,a kinematic controller that generates a trajectory tangent to the path of the moving target is designed such that the AUV maintains a prescribed distance and approaches the target from behind.Using a Lyapunov based method the stability of the kinematic controller is proven.Second,a dynamic sliding mode controller is employed to drive the vehicle on the trajectory computed in the first step.Findings–The kinematic and dynamic controllers are shown to be stable and robust against parameter uncertainty in the dynamic model of the vehicle.Results of numerical simulations for equidistant tracking of a target on both smooth and discontinuous derivatives trajectories for a variety of relative initial positions and orientations are shown.Originality/value–The contribution of this research is development of a new method for path planning and tracking of moving targets for underactuated AUVs in the horizontal plane.The method allows control of both the direction of approach and the distance from a moving object. 展开更多
关键词 Trajectories TRACKING programming and algorithm theory underwater technology controllers Path planning and trajectory tracking autonomous underwater vehicles Nonlinear robust control
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水下机器人T-S型模糊神经网络控制 被引量:17
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作者 梁霄 张均东 +3 位作者 李巍 郭冰洁 万磊 徐玉如 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第7期99-104,共6页
针对水下机器人模糊神经网络控制器运算量大和对强外界扰动的鲁棒性差及存在滞后性的问题,提出基于混合学习算法的水下机器人T-S型模糊神经网络控制方法。采用免疫遗传算法离线优化和神经网络自学习在线调整隶属函数的参数,从而减少神... 针对水下机器人模糊神经网络控制器运算量大和对强外界扰动的鲁棒性差及存在滞后性的问题,提出基于混合学习算法的水下机器人T-S型模糊神经网络控制方法。采用免疫遗传算法离线优化和神经网络自学习在线调整隶属函数的参数,从而减少神经网络的运算量,增强水下机器人对环境变化的反应能力。采用T-S模型,由后件网络动态调整模糊规则,提高控制系统的适应性。通过某微小型水下机器人的仿真和外场实验验证方法的可行性和优越性。实验结果表明,控制器对外界扰动具有较强的鲁棒性,保证即使在恶劣情况下,控制性能仍保持在较高水平。 展开更多
关键词 水下机器人 模糊神经网络控制 免疫遗传算法 混合学习算法 T-S模型
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基于改进二次规划算法的X舵智能水下机器人控制分配 被引量:15
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作者 李岳明 王小平 +2 位作者 张军军 曹建 张英浩 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期524-531,共8页
针对具有4个独立舵叶的X舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题,提出一种改进二次规划算法,在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算,有效降低了迭代... 针对具有4个独立舵叶的X舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题,提出一种改进二次规划算法,在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算,有效降低了迭代循环计算,同时保留了序列二次规划的计算精度.仿真环境下的X舵AUV运动控制结果表明:改进后的控制分配算法能够减少40%的计算时间,控制分配偏差不大于0.03 N·m,AUV姿态控制效果良好. 展开更多
关键词 X舵 智能水下机器人 控制分配 改进二次规划 运动控制
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基于混合模糊P+ID控制的欠驱动AUV路径跟踪控制及仿真 被引量:5
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作者 田宇 张艾群 李伟 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1016-1020,1025,共6页
针对欠驱动自主水下机器人(AUV)水平面路径跟踪控制问题进行研究。基于解析形式描述的单输入模糊控制器,提出了一种混合模糊P+ID控制算法。将其应用于欠驱动AUV路径跟踪控制中的趋近角跟踪控制,研究了控制器设计和参数调节方法,并采用... 针对欠驱动自主水下机器人(AUV)水平面路径跟踪控制问题进行研究。基于解析形式描述的单输入模糊控制器,提出了一种混合模糊P+ID控制算法。将其应用于欠驱动AUV路径跟踪控制中的趋近角跟踪控制,研究了控制器设计和参数调节方法,并采用小增益定理对基于混合模糊P+ID控制的趋近角跟踪控制系统的稳定性进行了分析。最后,采用欠驱动AUV非线性动力学模型进行仿真研究,结果表明基于提出的混合模糊P+ID控制的欠驱动AUV路径跟踪控制系统具有很好的鲁棒性和适应性,AUV能够精确跟踪预规划的航行路径。 展开更多
关键词 自主水下机器人 欠驱动 路径跟踪控制 混合模糊P+ID控制
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基于模糊混合控制的自治水下机器人路径跟踪控制 被引量:7
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作者 马岭 崔维成 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期341-346,共6页
基于模糊混合控制策略,本文提出了一种用于非线性欠驱动自治水下机器人的鲁棒路径跟踪控制方法.利用Sugeno型模糊推理系统,将PD滑模控制器与非奇异终端滑模控制器光滑连接,构造了模糊混合控制器.它能充分融合这两类控制器的优势,无论系... 基于模糊混合控制策略,本文提出了一种用于非线性欠驱动自治水下机器人的鲁棒路径跟踪控制方法.利用Sugeno型模糊推理系统,将PD滑模控制器与非奇异终端滑模控制器光滑连接,构造了模糊混合控制器.它能充分融合这两类控制器的优势,无论系统远离平衡点还是在其附近,都能取得快速收敛的效果.如果,借助于非时间参考量,将该混合控制器用于自治水下机器人路径跟踪控制,将有利于提高它在不确定环境中的跟踪能力.最后,通过仿真计算结果验证了该控制策略的有效性. 展开更多
关键词 路径跟踪控制 模糊混合控制 自治水下机器人 终端滑模
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可控翼混合驱动水下滑翔机运动性能研究 被引量:8
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作者 田文龙 宋保维 刘郑国 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期122-128,共7页
提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运... 提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运动性能,基于Newton-Euler法建立了六自由度运动数学模型。通过求解稳态滑翔运动平衡方程,定量分析了可控翼翻转角对滑翔机滑翔性能的影响。根据六自由度动力学模型,对该滑翔机的滑翔运动和螺旋桨推进运动进行了仿真研究,仿真结果表明可控翼混合驱动水下滑翔机相比常规水下滑翔机有较高的航行性能。 展开更多
关键词 可控翼 混合驱动 水下滑翔机 运动性能 动力学建模
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水下自主航行器垂直面运动的预测控制 被引量:3
7
作者 姚绪梁 杨光仪 彭宇 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期166-173,共8页
针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题,提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制.通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计,并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线... 针对近水面海浪干扰下水下自主航行器(AUV)的深度跟踪及姿态控制问题,提出一种基于非线性降维状态观测器(ROSO)的预测控制.通过非奇异坐标变换实现AUV垂直面运动非线性模型的状态估计,并将状态估计结果用于预测控制及其预测模型的在线线性化过程中,在仿真实验中对ROSO与全维状态观测器(FOSO)的状态估计结果进行对比,同时也对比了所提出的基于在线线性化的预测控制(PC-NMOL)与现有的非线性预测控制(NPC)的控制效果.仿真结果证明了所提出的方法可以得到精确的状态估计,且具有动态响应快,对外部扰动鲁棒性强的特点. 展开更多
关键词 水下自主航行器 降维状态观测器 线性矩阵不等式 预测控制 在线线性化
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混合驱动水下自航行器控制系统设计 被引量:1
8
作者 王晓鸣 王树新 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第23期196-199,共4页
将32位ARM微处理器应用于混合驱动水下自航行器的控制系统。首先介绍了混合驱动AUV控制系统的总体体系结构,将CAN总线应用于混合驱动AUV,开发了基于CAN总线的分布式控制系统;简单介绍了以ARM7微处理器LPC2129为主控制芯片的控制系统硬... 将32位ARM微处理器应用于混合驱动水下自航行器的控制系统。首先介绍了混合驱动AUV控制系统的总体体系结构,将CAN总线应用于混合驱动AUV,开发了基于CAN总线的分布式控制系统;简单介绍了以ARM7微处理器LPC2129为主控制芯片的控制系统硬件设计;制定了适用于混合驱动AUV的CAN应用层协议和相应的软件,遵照分层递阶的体系结构设计了控制系统的软件,并采取软硬件相结合的方法解决了控制系统的可靠性问题。联调实验证明该系统性能稳定、工作可靠。 展开更多
关键词 混合驱动水下自航行器 分布式控制系统 CAN总线 ARM
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水下自主航行观测平台在现调试系统的研究
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作者 姜民 梁捷 +3 位作者 刘颉 杨逍 路亚娟 吕九红 《海洋技术》 北大核心 2010年第1期12-16,共5页
利用CPLD硬件模块研发了一套能够嵌入到基于分布式控制体系的水下运动观测平台的在现调试系统,能够实现对系统内的多个节点实现在现调试和数据传输,加快了水下运动平台的研制、开发和调试进程。
关键词 现场调试系统 分布式控制系统 自主水下运动平台
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多线程技术在AUV自主控制系统中的应用
10
作者 唐照东 秦政 边信黔 《自动化技术与应用》 2007年第5期85-87,共3页
自主控制系统对于自主式水下机器人(简称 AUV)使命执行的安全性和有效性至关重要。本文在 QNX 环境下利用多线程技术实现了一种 AUV 自主控制系统。文中介绍了 AUV 的混杂系统结构和自主控制原理,给出了自主控制系统的多线程结构。设计... 自主控制系统对于自主式水下机器人(简称 AUV)使命执行的安全性和有效性至关重要。本文在 QNX 环境下利用多线程技术实现了一种 AUV 自主控制系统。文中介绍了 AUV 的混杂系统结构和自主控制原理,给出了自主控制系统的多线程结构。设计了多线程同步模块,并与 QNX 消息传递机制相结合实现了 AUV 自主控制系统线程间的同步与通信。最后在半实物仿真平台上对自主控制系统软件进行了验证。 展开更多
关键词 多线程 自主式水下机器人 自主控制 混杂系统
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基于LPC2292的通用型水下机器人控制系统设计
11
作者 王晓鸣 张宏伟 《机电一体化》 2012年第3期65-69,共5页
分析了混合驱动水下自航行器的优势,简述了天津大学开发的Petre1要完成的功能任务。在充分考虑可移植性的基础上,设计了堆码结构的控制系统硬件,并介绍了控制系统的软件结构以及在线编程功能的软件实现。
关键词 混合驱动水下自航行器 控制系统 在线编程
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基于VxWorks的微小型AUV体系结构设计 被引量:3
12
作者 聂建多 褚振忠 朱大奇 《上海海事大学学报》 北大核心 2016年第3期90-94,共5页
为提高自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)控制系统的鲁棒性,将分层递阶结构与包容式结构相结合,提出了一种混合式控制体系结构,开发了基于VxWorks的微小型AUV控制系统.该系统以"海事金枪鱼"号AUV为载体,... 为提高自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)控制系统的鲁棒性,将分层递阶结构与包容式结构相结合,提出了一种混合式控制体系结构,开发了基于VxWorks的微小型AUV控制系统.该系统以"海事金枪鱼"号AUV为载体,以嵌入式PC104计算机为系统核心,通过传感器的信息融合、算法实现和多任务运行,控制系统驱动推进器、舵、翼等执行单元实现AUV的姿态调整、导航和路径规划,最终达到自主作业的目的."海事金枪鱼"号AUV的开发应用,验证了方案的可行性以及控制系统的可靠性和稳定性. 展开更多
关键词 自主式水下机器人(AUV) 混合式控制 VXWORKS 控制系统
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基于混合体系结构的多水下机器人协调控制体系 被引量:3
13
作者 常文君 由光鑫 +1 位作者 庞永杰 徐玉如 《中国海洋平台》 2002年第3期12-16,共5页
针对由同构机器人组成的多水下机器人系统 ,由底向上构造出一个开放的多水下机器人协调控制体系结构 ,体系中的每一个机器人成员都基于混合体系结构的。通过仿真证明了该体系结构可以满足多水下机器人协调控制的要求 ,并在此基础之上实... 针对由同构机器人组成的多水下机器人系统 ,由底向上构造出一个开放的多水下机器人协调控制体系结构 ,体系中的每一个机器人成员都基于混合体系结构的。通过仿真证明了该体系结构可以满足多水下机器人协调控制的要求 ,并在此基础之上实现了包括三台水下机器人的编队航行仿真试验。 展开更多
关键词 混合体系结构 协调控制体系 智能水下机器人 自主式多水下机器人 混合控制
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开发水下机器人控制器的MDAMBSE方法的实用专业化研究
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作者 Ngo Van Hien Pham Gia Diem 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2021年第1期102-116,共15页
The model-driven architecture(MDA)/model-based systems engineering(MBSE)approach,in combination with the real-time Unified Modeling Language(UML)/Systems Modeling Language(SysML),unscented Kalman filter(UKF)algorithm,... The model-driven architecture(MDA)/model-based systems engineering(MBSE)approach,in combination with the real-time Unified Modeling Language(UML)/Systems Modeling Language(SysML),unscented Kalman filter(UKF)algorithm,and hybrid automata,are specialized to conveniently analyze,design,and implement controllers of autonomous underwater vehicles(AUVs).The dynamics and control structure of AUVs are adapted and integrated with the specialized features of the MDA/MBSE approach as follows.The computation-independent model is defined by the specification of a use case model together with the UKF algorithm and hybrid automata and is used in intensive requirement analysis.The platform-independent model(PIM)is then built by specializing the real-time UML/SysML’s features,such as the main control capsules and their dynamic evolutions,which reflect the structures and behaviors of controllers.The detailed PIM is subsequently converted into the platform-specific model by using open-source platforms to quickly implement and deploy AUV controllers.The study ends with a trial trip and deployment results for a planar trajectory-tracking controller of a miniature AUV with a torpedo shape. 展开更多
关键词 autonomous underwater vehicles(AUVs) AUV control Model-based mechatronic system design Unscented Kalman filter(UKF) hybrid automata Real-time UML/SysML MDA/MBSE
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