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Dynamic Modeling and Investigation of Maneuver Characteristics of A Deep-Sea Manned Submarine Vehicle 被引量:3
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作者 谢俊元 须文波 +2 位作者 张华 徐鹏飞 崔维成 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2009年第3期505-516,共12页
A deep-sea Manned Submarine Vehicle (MSV) is usually required to move at a low forward speed and a low rotational speed when it executes investigation tasks. In this condition, the motion is in large drift angles, a... A deep-sea Manned Submarine Vehicle (MSV) is usually required to move at a low forward speed and a low rotational speed when it executes investigation tasks. In this condition, the motion is in large drift angles, and the maneuverability hydrodynamic forces cannot be expressed properly in the conventional mathematical model of submersible motion. In this paper, firstly, a general equation of MSV with six-freedom motion is presented, and the numerical simulation of descent/ascent motion and helix motion is conducted to reveal the general maneuver characteristics of MSV. Secondly, according to the data of captive model tests of large drift angles of MSV, the regression analysis of position hydrodynamic forces and rotation hydrodynamic forces is carried out, and the results of regression analysis of maneuverability hydrody- namic characteristics are analyzed to reveal the special maneuver characteristics. Thirdly, a special new mathematical model of MSV with the whole range of drift angles motion is presented, which can be used to predict hydrodynamic performance of motion in the 0° - 180° range of drift angles. The results are applied to the design of maneuverability hydrodynamic forces, development of control system and simulator of a practical MSV. 展开更多
关键词 manned Submarine vehicle msv dynamic and kinematic modeling large drift angle numerical simulation
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Adaptive Neural Network Control with Control Allocation for A Manned Submersible in Deep Sea 被引量:2
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作者 俞建成 张艾群 +1 位作者 王晓辉 吴宝举 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2007年第1期147-161,共15页
This paper thoroughly studies a control system with control allocation for a manned submersible in deep sea being developed in China. The proposed control system consists of a neural-network-based direct adaptive cont... This paper thoroughly studies a control system with control allocation for a manned submersible in deep sea being developed in China. The proposed control system consists of a neural-network-based direct adaptive controller and a dynamic control allocation module. A control energy cost function is used as the optimization criteria of the control allocation module, and weighted pseudo-inverse is used to find the solution of the control allocation problem. In the presence of bounded unknown disturbance and neural networks approximation error, stability of the closed-loop control system of manned submersible is proved with Lyaponov theory. The feasibility and validity of the proposed control system is further verified through experiments conducted on a semi-physical simulation platform for the manned submersible in deep sea. 展开更多
关键词 manned submersibles neural networks adaptive control control allocation underwater vehicles
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基于模型预测控制的潜水器动态控制分配
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作者 方星 浦吉铭 刘飞 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1636-1643,共8页
潜水器系统在水下工作时,会受到多种干扰因素影响.同时,为了提高机动性与容错能力,载人潜水器采用了过驱动设计.针对上述问题,本文设计了一种基于抗干扰控制器与动态控制分配的双层控制结构,使得受干扰影响的潜水器系统在满足相关约束... 潜水器系统在水下工作时,会受到多种干扰因素影响.同时,为了提高机动性与容错能力,载人潜水器采用了过驱动设计.针对上述问题,本文设计了一种基于抗干扰控制器与动态控制分配的双层控制结构,使得受干扰影响的潜水器系统在满足相关约束条件的前提下,能够将期望的力与力矩分配到各个推进器以完成控制目标,并克服了静态控制分配方法忽略执行器动态特性的缺点.首先,建立潜水器的动力学模型与执行器的动态模型;其次,基于干扰观测器的干扰估计信息利用反步法设计运动控制器,获得期望控制律;此外,考虑执行器动态特性,设计基于模型预测控制(MPC)的动态控制分配算法,求取每一个执行器的实际推力;最后,使用MATLAB进行数值仿真,验证本文控制方法的有效性与优越性. 展开更多
关键词 模型预测控制 动态控制分配 过驱动 抗干扰控制 载人潜水器
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基于干扰特性指标与推力分配的载人潜水器容错控制
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作者 方星 阮中一 +2 位作者 张琪杰 刘飞 高翔 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1264-1273,共10页
载人潜水器在深海复杂恶劣的环境中运行,容易受到外部环境干扰和推进器故障的困扰,本文将干扰特性指标与基于推力分配的主动容错控制方法相结合,提出了一种新的主动容错控制方法.首先,建立了载人潜水器系统的数学模型;其次,设计非线性... 载人潜水器在深海复杂恶劣的环境中运行,容易受到外部环境干扰和推进器故障的困扰,本文将干扰特性指标与基于推力分配的主动容错控制方法相结合,提出了一种新的主动容错控制方法.首先,建立了载人潜水器系统的数学模型;其次,设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总干扰,并设计无推进器故障时的控制器;然后,针对推进器故障问题,引入权重矩阵进行推力分配以保护故障推进器,并设计了干扰特性指标表示干扰的性质对跟踪误差和推力损失的影响;在此基础上,给出了一种基于干扰特性指标与推力分配的新型容错控制方法,李雅普诺夫方法保证了该控制算法的理论稳定性;最后,通过数值仿真,验证所设计的控制方法的优越性.其优越性主要体现在:能够利用可用干扰与补偿有害干扰,并将可用的干扰能量用于补偿故障推进器的推力缺失. 展开更多
关键词 载人潜水器 非线性干扰观测器 干扰特性指标 推力分配 容错控制
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载人潜器半物理虚拟仿真系统及其性能分析 被引量:5
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作者 孟宪伟 王晓辉 +2 位作者 刘开周 郭威 杨凌轩 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期71-75,共5页
为了缩短深海载人潜器控制系统的开发周期,测试系统性能,根据载人潜器的自身特点,构建和实现了载人潜器所有传感器、执行器设备模拟,以及潜器在海底实景的运动状态的半物理虚拟仿真系统。首先,以仿真系统的硬件架构和数据流程为基础,重... 为了缩短深海载人潜器控制系统的开发周期,测试系统性能,根据载人潜器的自身特点,构建和实现了载人潜器所有传感器、执行器设备模拟,以及潜器在海底实景的运动状态的半物理虚拟仿真系统。首先,以仿真系统的硬件架构和数据流程为基础,重点介绍了潜器设备模拟的软件体系结构;其次,在仿真平台上测试了各种网络数据的传输延迟,分析了其整体性能;最后,得出了潜器控制器设计的时间约束。现阶段整个系统已经开发成功,并投入运行到潜器控制系统的安装调试中。 展开更多
关键词 载人潜器 工业以太网 虚拟设备 仿真系统
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一类载人潜水器的改进LQG控制研究 被引量:2
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作者 刘开周 王晓辉 +1 位作者 郭威 封锡盛 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第z2期847-850,共4页
针对一类载人潜水器(MSV,MannedSubmersibleVehicle)在动力定位中多自由度之间存在的强耦合、非线性,以及系统参数的时变特性,文章采用带遗忘因子的递推最小二乘法和平方根法对系统参数进行辨识,然后在状态空间进行多输入多输出(MIMO)... 针对一类载人潜水器(MSV,MannedSubmersibleVehicle)在动力定位中多自由度之间存在的强耦合、非线性,以及系统参数的时变特性,文章采用带遗忘因子的递推最小二乘法和平方根法对系统参数进行辨识,然后在状态空间进行多输入多输出(MIMO)线性系统的最优控制研究。仿真结果表明,该两种改进LQG控制方法对于外界扰动以及系统的参数时变具有良好的控制效果,控制精度得到提高,为实际载人潜水器控制系统的多自由度动力定位控制提供了坚实的依据。 展开更多
关键词 载人潜水器(msv) 改进LQG控制 系统辨识 平方根法 动力定位
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载人潜器串口设备转接工业以太网的实时性建模与分析 被引量:4
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作者 孟宪伟 王晓辉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期266-271,共6页
根据具体的需求,为载人潜器设计了一种基于工业以太网的内部数据通讯和控制系统,其数据通讯的实时性是衡量控制系统的一个重要指标,因此,为了分析串行数据通信系统的实时性能,据其选用的传感器和网络架构的特点,建立了串口数据包传送时... 根据具体的需求,为载人潜器设计了一种基于工业以太网的内部数据通讯和控制系统,其数据通讯的实时性是衡量控制系统的一个重要指标,因此,为了分析串行数据通信系统的实时性能,据其选用的传感器和网络架构的特点,建立了串口数据包传送时间延迟的数学模型;并在潜器平台上,以实测数据试验误差验证了该模型的准确性和普遍性,从而为开发人员对各种串口设备的参数设置提供理论指导;最后用该模型分析了载人潜器串行数据传送的实时性。 展开更多
关键词 载人潜器 以太网 串口设备联网服务器 实时性 最小二乘拟合
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载人潜水器多传感器数据采集与信息融合技术(英文) 被引量:2
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作者 郭威 王晓辉 +1 位作者 祝普强 刘开周 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z2期1572-1574,共3页
本文介绍了一种用于载人潜水器的导航传感器的数据采集及信息融合技术。航行控制计算机通过基于工业以太网的数据通信系统对各传感器进行数据采集,采用卡尔曼滤波器完成对各传感器数据信息的融合,以便提高数据的精度和控制系统的性能,... 本文介绍了一种用于载人潜水器的导航传感器的数据采集及信息融合技术。航行控制计算机通过基于工业以太网的数据通信系统对各传感器进行数据采集,采用卡尔曼滤波器完成对各传感器数据信息的融合,以便提高数据的精度和控制系统的性能,并将结果送给监控计算机,用于载人潜水器的姿态显示。 展开更多
关键词 载人潜水器 多传感器 数据采集与信息融合
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一类载人潜水器的导航技术研究 被引量:2
9
作者 郭威 刘开周 王晓辉 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期406-409,共4页
介绍了一类载人潜水器导航系统的组成,接着阐述了基于工业以太网的信息采集模块.由于载人潜水器动力学模型存在未建模扰动以及各种传感器存在不同程度的误差,需要采用卡尔曼滤波器(KF)等方法进行数据滤波,最后将滤波后的数据用于该类载... 介绍了一类载人潜水器导航系统的组成,接着阐述了基于工业以太网的信息采集模块.由于载人潜水器动力学模型存在未建模扰动以及各种传感器存在不同程度的误差,需要采用卡尔曼滤波器(KF)等方法进行数据滤波,最后将滤波后的数据用于该类载人潜水器的导航研究.半物理仿真平台结果表明,载人潜水器的导航精度得到了大幅度提高. 展开更多
关键词 载人潜水器 卡尔曼滤波器 导航 半物理仿真平台
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基于自抗扰控制的载人潜水器动力定位仿真研究
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作者 赵俊波 翁震平 魏纳新 《计算机测量与控制》 2015年第8期2683-2685,2688,共4页
针对载人潜水器(MSV)在不确定海洋环境中的动力定位问题,提出了一种线性扩张状态观测器与离散二阶系统最速反馈控制律相结合的线性自抗扰控制(LADRC)方案;先根据动力学原理,建立了带海流干扰的载人潜水器六自由度运动模型,然后再引入虚... 针对载人潜水器(MSV)在不确定海洋环境中的动力定位问题,提出了一种线性扩张状态观测器与离散二阶系统最速反馈控制律相结合的线性自抗扰控制(LADRC)方案;先根据动力学原理,建立了带海流干扰的载人潜水器六自由度运动模型,然后再引入虚拟控制量,对模型进行了部分解耦,最后运用MATLAB软件,针对某载人潜水器进行了四自由度动力定位系统仿真实验,结果表明,使用该方法能快速且有效地抵御强海流干扰,满足了载人潜水器高精度悬停定位的要求。 展开更多
关键词 载人潜水器 动力定位 线性自抗扰控制
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载人潜水器信息显控系统
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作者 祝普强 郭威 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z3期1856-1857,1862,共3页
本文介绍了基于工业以太网的载人潜水器的信息综合显控系统。详细地描述了该系统的软件结构及各相关模块的特点,并对系统中各部分所实现的功能进行了详细的介绍。目前,该系统已在实验室进行了实验,实验效果良好。
关键词 载人潜水器 工业以太网 软件结构 数据通讯
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钛合金在新型水下航行器上的应用研究进展 被引量:9
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作者 颜家杰 高德峰 +5 位作者 廖宇辰 卢泰佑 李梦莎 杨文吒 贾晋军 姜大鹏 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期52-57,共6页
进入21世纪,水中兵器、水下机器人、水下输送器、载人深潜器等新型水下航行器成为军民领域科学研究应用的前沿和热点。钛合金综合性能优异,在新型水下航行器上的应用有利于保障装备耐腐蚀、抗高压、轻量化等功能的可靠实现,可以有效提... 进入21世纪,水中兵器、水下机器人、水下输送器、载人深潜器等新型水下航行器成为军民领域科学研究应用的前沿和热点。钛合金综合性能优异,在新型水下航行器上的应用有利于保障装备耐腐蚀、抗高压、轻量化等功能的可靠实现,可以有效提升水中兵器、水下机器人、载人深潜器等新型水下航行器整体技术指标。基于水下航行器用钛合金的物理力学特性,研究了国外、国内水下航行器用钛合金的研究和应用进展,总结了钛合金在新型水下航行器领域应用的重要性,分析了今后水下航行器应用钛合金技术发展方向,为钛合金在新型水下航行器上的应用提供参考。 展开更多
关键词 钛合金 新型水下航行器 力学性能 应用研究进展 水中兵器 水下机器人 水下输送器 载人深潜器
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载人潜水器的干扰特性分析与自适应滑模控制 被引量:1
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作者 张琪杰 方星 +1 位作者 刘飞 高翔 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1315-1322,共8页
针对在实际运行中会受到未知外部环境干扰和模型不确定性等因素影响的蛟龙号载人潜水器系统,本文设计了一种基于干扰特性指标的新型自适应滑模控制方法,实现对有益干扰的利用和有害干扰的补偿.首先,文章给出载人潜水器系统的运动学和动... 针对在实际运行中会受到未知外部环境干扰和模型不确定性等因素影响的蛟龙号载人潜水器系统,本文设计了一种基于干扰特性指标的新型自适应滑模控制方法,实现对有益干扰的利用和有害干扰的补偿.首先,文章给出载人潜水器系统的运动学和动力学模型;然后,本文设计非线性干扰观测器估计系统所受的集总扰动,并提出一种扇形区域干扰特性指标,用于判断干扰对系统的影响;其次,文章设计一种基于干扰特性指标的自适应滑模控制方法,并且根据李雅普诺夫理论进行严格的稳定性分析;最后,通过数值仿真,验证所设计的滑模控制方法的优越性.其优越性主要体现在:不仅能够有效缓解抖振现象,并且避免控制增益高估的问题. 展开更多
关键词 干扰特性指标 自适应滑模控制 非线性干扰观测器 干扰抑制 载人潜水器
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基于干扰精细估计与神经网络推力分配的载人潜水器控制 被引量:1
14
作者 浦吉铭 方星 +1 位作者 刘飞 高翔 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期3290-3296,共7页
针对潜水器在水下运行时会受到洋流、参数摄动等多种干扰因素影响和潜水器的过驱动问题,设计一种基于干扰观测的反步控制器和基于神经网络二次规划的推力分配器的双层控制结构.首先,建立潜水器系统在洋流影响下的动力学模型;其次,将潜... 针对潜水器在水下运行时会受到洋流、参数摄动等多种干扰因素影响和潜水器的过驱动问题,设计一种基于干扰观测的反步控制器和基于神经网络二次规划的推力分配器的双层控制结构.首先,建立潜水器系统在洋流影响下的动力学模型;其次,将潜水器受到的干扰分为由洋流产生的干扰和由其他因素引起的干扰两部分,分别使用洋流观测器和非线性干扰观测器进行估计,并基于干扰观测信息利用反步法设计运动控制器;然后,针对潜水器的过驱动特性以及推进器的推力受限问题,提出一种基于神经网络二次规划的推力分配方法;最后,使用Matlab进行数值仿真,验证所提控制方法的有效性和优越性.结果表明,基于干扰精细估计与神经网络推力分配的潜水器运动控制系统具有干扰估计更加准确、推进系统的耗能最优,以及避免推进器的推力超限等优势. 展开更多
关键词 抗干扰控制 非线性干扰观测器 洋流观测 神经网络 推力分配 载人潜水器
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