嵌入式数据库在水下机器人中的应用研究

为了提高水下机器人数据存储的效率与降低空间占用率,开展了水下机器人数据管理方面的研究.论述了嵌入式数据库Berkeley DB与RDM在水下机器人中的应用,介绍了其使用的方法步骤,根据试验要求设计了嵌入式数据库并进行了相应的试验.试验结果验证了嵌入式数据库应用于水下机器人中的有效性和可行性.通过对试验结果进行分析对比,为水下机器人应用嵌入式数据库提供了依据.

考虑海流影响的水下机器人全局路径规划研究

为了适用于大范围海洋环境下须要考虑能量耗尽问题的AUV导航,提出了一种考虑海流影响的水下机器人全局路径规划方法,该方法将海流因素作为GA算法的评价因子,在路径规划的层面上考虑海流的影响;在此基础上对GA算法进行了改进,提出一种GA-PSO混合算法,GA-PSO混合算法比单纯的GA算法具有更快的收敛速度和运行效率。

舵桨联合操纵微小型水下机器人的开发

介绍了一种舵桨联合操纵的微小型水下机器人.该机器人装有左右布置的两个主推进器、可调攻角水平舵和垂直稳定翼.配合所搭载的深度计、磁罗经等传感器和控制计算机,可实现水下定深定向航行,并可由TV和声纳探测水下目标.其航行与探测能力得到了试验验证.

水下机器人故障诊断方案

为了提高水下机器人传感器系统的故障诊断能力,依据小波变换基本理论和线性平滑原理,在分析水下机器人传感器三种故障形式的基础上,提出了相应的故障诊断方法,并进行了信号奇异性分析,探讨了小波基选择的一般标准。通过对海上试验结果分析表明,可以通过高层小波变换来区分噪声信号和突变信号,很好地解决了定位声纳输出振荡的问题,验证了所提方法的有效性与可行性。

微小型水下机器人操纵性能与运动仿真研究

以某微小型水下机器人为对象,对其进行受力分析,并考虑海流环境的影响,以空间六自由度运动方程为基础建立其运动仿真模型。通过带附体的模型试验,得到水下机器人阻力曲线和各主要水动力系数,应用面元法预报了其控制面的水动力特性,在此基础上建立了水下机器人的运动仿真系统,对其在水平面和垂直面内的操纵性能进行了预报,仿真试验结果表明此水下机器人具有良好的操纵性能,运动仿真系统可以作为控制器设计与调试的试验平台。

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人"仿生-Ⅰ"为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和"仿生-Ⅰ"水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性.根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法.根据试验结果得出,针对现阶段仿生水下机器人的运动能力,其控制内容和控制方法是合理、有效的.研究和试验表明,符合实际的仿真模型与可行的运动控制方法使仿生水下机器人运动性能得到了不断的完善和改进;最终实现'仿生-Ⅰ'号的纵向速度控制、艏向控制和深度控制,从而使其具有大范围的转移能力.

水下机器人的S型模糊神经网络控制

模糊神经网络控制已经成功应用于水下机器人运动控制中,但其运算过程和训练算法比较复杂,对嵌入式硬件要求也较高。根据带翼水下机器人的运动特性提出了S型模糊神经网络控制方法,并推导了网络权值学习算法,最后以XX水下机器人为研究对象进行了仿真实验。试验结果表明,与基于高斯型隶属函数的模糊神经网络控制器相比,在没有过多损失整体控制品质的情况下,其网络算法得到极大简化,运算速度得到了提高,反应能力增强,非常适用于对精确定位能力和运动速度要求不高,但要求高机动性的水下机器人。

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一。仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性。本文根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法的可行性。运动控制研究,是仿生水下机器人其它使命的基础,具有重要的意义。

“船舶与海洋工程专业”卓越工程师创新与学科交叉能力培养

针对"卓越工程师教育计划"探讨了卓越工程师综合创新型能力的培养方法,主要讨论了卓越工程师综合创新能力的要素分析、卓越工程师创新思维能力的培养等问题。卓越工程师综合创新能力的要素包括知识视野、创新意识、创新思维、创新技能和创新素质等要素。卓越工程师创新思维能力的培养主要包括优化课程体系,调整教学内容;建立注重创新能力提升的教学评价制度;实践能力的培养与加强;国际化课程的设置等内容。

“船舶与海洋工程”专业的卓越工程师教育——如何在交叉学科的研究生学习中培养综合能力

针对"卓越计划"研讨了"船舶与海洋工程专业"卓越工程师的综合能力培养方法。卓越工程师最重要的是把握关键问题的能力,要能够提出问题、解决问题。而面临日益复杂、制造业数字化、知识交叉爆炸的大环境,关键问题的把握不仅需要分析能力,还需要卓越工程师能够善于学习并终身学习,站在现代科技发展的基础上提出项目任务所面临的关键技术难点。另一方面,与人沟通和交流很重要,一方面可以促进项目任务的工作,提高关键问题的进展和把握,另一方面还包含向专家和领导的汇报,实现任务的下达。而综合能力的培养,需要根据时代的需要,增加课堂和讨论的环节。

水下目标的特征提取及识别

针对水下成像的特殊性以及成像环境的复杂性,构造了基于区域矩的仿射变换不变量,以克服水下不确定因素给目标识别带来的困难。此外针对传统的BP神经网络存在收敛速度慢以及容易陷入局部极小值的缺点,引入粒子群算法对神经网络的学习训练进行优化。为了验证所提方法的有效性,对四类水下目标进行了特征提取以及神经网络识别实验。结果表明改进后的神经网络收敛速度快,并且获得了较高的识别准确率。

基于不变性特征的水下目标特征提取

针对水下成像环境的特殊性和复杂性,分析了在离散状态下比例因子对不变矩特征的影响,构造了基于区域矩的仿射变换不变量,以克服水下不确定因素给目标识别带来的困难,为了验证所提取特征的有效性,对球体、椭球体、三棱柱和四棱柱4类水下目标进行了特征提取试验.仿真试验结果表明,该方法在对简单背景水下图像的特征提取上能够取得较好的效果,可有效地克服水下图像灰度分布不均和环境不确定因素的干扰,实现了对水下目标的区分.

基于SVM的水下机器人预测S面控制

针对舵桨联合操控水下机器人系统的非线性特点,将预测控制的思想引入经典S面控制中,构造了一种基于支持向量机(SVM)的预测S面控制器,改善了S面控制器的控制效果,增强其自适应性.用支持向量机辨识水下机器人的非线性系统模型,充分发挥了SVM的泛化能力,能准确预测其运动状态.构造二次型性能优化函数以获取S面控制器的最优控制参数,进而获得水下机器人最优控制律.仿真结果表明:基于支持向量机的预测S面控制器具有结构简单、响应速度快、鲁棒性好等优点可行且有效.

基于iSIGHT平台的翼型水动力优化

基于iSIGHT设计平台,结合计算流体力学软件Fluent对二维翼型NACA0012进行了多目标优化设计,以提高其水动力性能。设计过程中以雷诺平均Navier-Stokes方程为主控方程,采用了邻域培植遗传算法(NCGA)和非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)为优化算法,对二维翼型进行优化。优化结果表明,翼型的水动力性能有了明显提高,其升力系数提高,升阻比提高,最小压力系数上升,上表面峰值减小。该优化方法可以推广到多种翼型,对于船用翼的研究都有一定的意义。

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。

喷水推进无人艇航向的鲁棒S面控制方法

针对喷水推进型无人艇航向非线性系统的控制问题,考虑到模型摄动和环境干扰力等不确定性的影响。借鉴鲁棒补偿器思想,对基本S面控制方法进行改进,提出一种鲁棒S面控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明该控制方法保证了航向控制系统的鲁棒稳定性。仿真对比结果验证了所提出控制方法的有效性。

粘性流场中摆动尾鳍的水动力性能分析

以高性能仿生推进系统在海洋开发中的广阔应用为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其先进的动网格技术以及强大的后处理系统,详细计算了做横移和摆动耦合运动的金枪鱼月牙形尾鳍在粘性流场中的水动力性能.通过研究发现了摆动尾鳍产生的独特表面压力分布以及尾涡变化方式是其产生较高推进效率的内在原因;并着重探讨了不同雷诺数和耦合运动的幅度、频率及其相位差对尾鳍推进性能的影响,对于不同种类的计算工况,推进效率始终对应存在1个最佳值.

粒子群优化算法分析

粒子群优化算法是一种基于群体智能的随机全局优化技术,尽管其原理简单易、于实现且功能强大,但目前研究人员还没有对它的工作原理做出足够的解释.将群体优化过程看成一个动态系统的演变,采用线性离散时间系统的分析方法对算法的收敛性进行了分析,导出了简化PSO算法的收敛条件.考虑到参数是影响算法性能和效率的关键因素,利用标准测试函数对算法的参数选择进行了详细的分析,并给出一些指导性原则.

带片体的滑行艇高速航行纵稳性研究

为研究片体布置对滑行艇高速航行纵稳性的影响,本文对单体艇进行了静水拖曳试验,采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型,利用重叠网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算值与试验值对比验证了该方法的有效性;利用全因子设计空间采样法和数值手段,对带片体的三体艇高速航行发生海豚运动时的运动响应和水动力特性进行计算,分析了片体纵垂向位置对单体艇高速航行纵稳性的影响。结果表明:增设片体可以一定程度上延缓滑行艇海豚运动的发生,提高其最大航速;片体纵向靠近艇重心或适当靠后、垂向增加浸深均可一定程度上提高滑行艇的纵稳性,优选出具备较好纵稳性能的片体纵垂向位置a=0.2L_(m),c=30 mm,为滑行艇高速航行时片体的布置提供设计参考。