基于控制障碍函数的欠驱动无人水下航行器椭圆障碍物避障制导

1

作者 野汶博 方洋旺 +1 位作者 洪瑞阳 胡祁东 《兵工学报》 北大核心 2025年第5期356-368,共13页

为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条... 为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条件的二次规划问题,通过与无障碍环境下的制导律相结合,得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性,可全局上满足安全性和稳定性要求,对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。 展开更多

关键词 欠驱动无人水下航行器 控制障碍函数 椭圆障碍物 避障 制导律 二次规划

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欠驱动自主水下航行器轨迹跟踪控制 被引量：18

2

作者 高剑 徐德民 +2 位作者 严卫生 刘明雍 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期404-408,共5页

文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟... 文章基于级联方法,研究了欠驱动AUV的水平面轨迹跟踪控制问题。将跟踪误差分解为位置跟踪和航向角跟踪2个相互级联的系统,独立设计跟踪控制器,级联系统理论则保证了整个轨迹跟踪误差的全局一致渐近稳定性。其中,采用反演方法获得位置跟踪的全局一致渐近跟踪控制器,并且针对参考航向角速度为非零常值的一类参考轨迹,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数及参考轨迹条件。仿真研究表明该轨迹跟踪控制器是有效的,控制品质良好。 展开更多

关键词 自主水下航行器 欠驱动系统 非完整系统理论 级联系统 理论轨迹跟踪控制

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通信时延下欠驱动自主水下航行器编队控制 被引量：5

3

作者 闫伟 严卫生 +1 位作者 王银涛 姚尧 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2011年第6期52-55,共4页

研究了通讯时延情况下的欠驱动自主水下航行器(A u tonom ous U nderw ater V eh icle)编队控制问题。考虑到水下通讯所面临困难,将编队问题分为两个部分:一部分为单个AUV的路径跟踪控制问题,保证每个AUV沿各自的期望路径航行;另一部分... 研究了通讯时延情况下的欠驱动自主水下航行器(A u tonom ous U nderw ater V eh icle)编队控制问题。考虑到水下通讯所面临困难,将编队问题分为两个部分:一部分为单个AUV的路径跟踪控制问题,保证每个AUV沿各自的期望路径航行;另一部分为路径参数的协同控制问题,保证每个AUV期望的路径参数能够实现同步,进而达到编队控制的目的。提出的控制方案仅需要AUV之间交互路径参数信息,通讯需求量小,满足实际工程需求且能够允许一定的通讯时间延迟。数值仿真结果验证了控制算法的有效性。 展开更多

关键词 通信时延 欠驱动 自主水下航行器 编队控制 一致性

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深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法

4

作者 李婷婷 《舰船科学技术》 北大核心 2019年第8期22-24,共3页

针对传统CAN总线控制方法在欠驱动状态下,出现的控制指令响应速度慢、欠驱动状态下控制指令下达滞后等问题。提出深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,在传统CAN总线控制方法的基础上建立欠驱动信号指令识别单元与分布式控制指令识... 针对传统CAN总线控制方法在欠驱动状态下,出现的控制指令响应速度慢、欠驱动状态下控制指令下达滞后等问题。提出深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,在传统CAN总线控制方法的基础上建立欠驱动信号指令识别单元与分布式控制指令识别传输单元,实现分布式控制的效果。通过对比实验证明:提出的深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,能够准确识别航行器的欠驱动状态,并通过分布式控制指令传输方式,完成对欠驱动状态下航行器的稳定、准确控制。 展开更多

关键词 欠驱动 水下航行器 分布式控制 CAN总线

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欠驱动自主水下航行器移动式回收控制及视景仿真 被引量：4

5

作者 谢天奇 李晔 +3 位作者 姜言清 庞硕 张文君 徐雪峰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1501-1509,共9页

为解决欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)移动式回收控制问题以及无法直观展示移动式回收过程的情况,本文设计了一套半物理仿真系统并通过视景仿真模块实时显示AUV与移动式回收装置在虚拟海洋环境中的位姿变化... 为解决欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)移动式回收控制问题以及无法直观展示移动式回收过程的情况,本文设计了一套半物理仿真系统并通过视景仿真模块实时显示AUV与移动式回收装置在虚拟海洋环境中的位姿变化。首先介绍了移动式回收任务的流程;然后设计了一种新的前向速度导引律,并利用基于AUV模型的轨迹跟踪控制方法计算控制指令;最后搭建了半物理仿真系统且由视景仿真界面实时展示移动式回收装置与AUV的位置与姿态信息。仿真结果表明:当AUV由不同位置出发时基于模型的轨迹跟踪控制方法都能控制AUV顺利地靠近移动式回收装置、安全稳定地完成移动式回收任务。 展开更多

关键词 自主水下航行器 欠驱动auv 轨迹跟踪控制 半物理仿真 视景仿真 移动式回收 水下回收

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饱和输入限制下欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪控制 被引量：7

6

作者 江梦洁 李家旺 +2 位作者 吕艳芳 周家炜 黄汉涛 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2207-2213,共7页

针对控制输入存在饱和限制的欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪问题,提出了一种饱和控制方法。在航迹跟踪误差方程基础上,设计了一种误差信号观测器对原有跟踪误差进行近似,以避免由于跟踪误差直接求导所引起的控制器表达式的复杂化现... 针对控制输入存在饱和限制的欠驱动自主水下航行器水平面航迹跟踪问题,提出了一种饱和控制方法。在航迹跟踪误差方程基础上,设计了一种误差信号观测器对原有跟踪误差进行近似,以避免由于跟踪误差直接求导所引起的控制器表达式的复杂化现象;推导得到一种新的误差动力学方程,通过引入一种光滑有界函数作为输入饱和条件的近似,以及一种Nussbaum型偶函数,设计了饱和动力学控制器;根据Lyapunov理论证明了该控制器能够使得自主水下航行器在控制输入饱和限制下,可以实现对任意光滑水平面航迹的跟踪控制,并保证跟踪误差是全局最终一致有界的。仿真实验结果验证了该设计方法是有效的,且对于模型参数误差具有一定的鲁棒性。 展开更多

关键词 控制科学与技术 欠驱动自主水下航行器 输入饱和 跟踪控制 误差观测器 Nussbaum型函数

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基于模型参数不确定的欠驱动非对称自主水下航行器全局镇定控制研究 被引量：5

7

作者 邸青 周竞烨 +2 位作者 方凯 姚佳琪 李家旺 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期950-957,共8页

针对欠驱动自主水下航行器水平面镇定控制过程中存在的模型参数未知等问题,设计一种基于非对称模型的全局反馈镇定控制算法。基于仅知模型参数上下界值的自适应模型参数观测器获取模型参数估计值;通过全局坐标变换,将镇定控制系统解耦... 针对欠驱动自主水下航行器水平面镇定控制过程中存在的模型参数未知等问题,设计一种基于非对称模型的全局反馈镇定控制算法。基于仅知模型参数上下界值的自适应模型参数观测器获取模型参数估计值;通过全局坐标变换,将镇定控制系统解耦为推进子系统和偏航子系统分别进行设计,消除了非对称作用项引起的耦合影响;引入2阶滤波器,使得偏航角速度在推进子系统状态未收敛至零点状态下始终具有持续激励特征,保证镇定误差收敛至零点附近的一个有界区域。李雅普诺夫稳定性分析证明了该控制算法能够在模型参数未知情况下,以任意初始条件实现镇定控制目标。数值仿真实验结果表明,该控制算法是有效的,且具有较好的控制精度和一定对未知环境干扰的鲁棒性。 展开更多

关键词 欠驱动自主水下航行器 非对称模型 参数不确定性 镇定控制

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基于反馈增益反步法欠驱动无人水下航行器三维路径跟踪控制 被引量：10

8

作者 王宏健 陈子印 +1 位作者 贾鹤鸣 李娟 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期66-77,共12页

针对欠驱动无人水下航行器的三维空间路径跟踪控制问题.基于虚拟向导建立载体坐标系下的三维路径跟踪运动学误差模型,首先设计跟踪误差反馈增益形式的线性控制项镇定位置跟踪系统,避免计算虚拟控制量导数的复杂形式;然后基于反步法设计... 针对欠驱动无人水下航行器的三维空间路径跟踪控制问题.基于虚拟向导建立载体坐标系下的三维路径跟踪运动学误差模型,首先设计跟踪误差反馈增益形式的线性控制项镇定位置跟踪系统,避免计算虚拟控制量导数的复杂形式;然后基于反步法设计动力学控制器,通过合理的选择控制器参数消除了部分非线性项,简化了虚拟控制量的形式,同时避免了采用传统反步法设计控制器时存在的奇异值问题,基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒反馈补偿项,保证了闭环跟踪误差系统状态的一致最终有界.仿真实验表明本文设计控制器能够精确跟踪三维曲线路径,并对外界干扰具有较好的鲁棒性. 展开更多

关键词 欠驱动无人水下航行器 三维路径跟踪 反步法 反馈增益 虚拟向导

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欠驱动水下航行器三维直线航迹跟踪控制 被引量：9

9

作者 王宏健 陈子印 +2 位作者 边信黔 贾鹤鸣 李娟 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期443-453,共11页

针对欠驱动水下航行器的三维直线航迹跟踪控制问题,基于虚拟向导建立了三维航迹跟踪误差模型,采用反馈增益反步法设计航迹跟踪控制器,通过合理选择控制器参数消除了部分非线性项,与传统反步法设计相比简化了虚拟控制量的形式,并且能够... 针对欠驱动水下航行器的三维直线航迹跟踪控制问题,基于虚拟向导建立了三维航迹跟踪误差模型,采用反馈增益反步法设计航迹跟踪控制器,通过合理选择控制器参数消除了部分非线性项,与传统反步法设计相比简化了虚拟控制量的形式,并且能够避免基于视线法设计导引律时存在固有奇异值点的问题.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环跟踪误差系统的渐近稳定性.最后将设计的控制器应用于欠驱动水下航行器进行仿真实验,结果表明控制器具有精确的三维航迹的跟踪能力,并对外界干扰和模型参数不确定性具有较好的鲁棒性. 展开更多

关键词 欠驱动水下航行器 三维航迹跟踪控制 反步法 反馈增益 虚拟向导

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欠驱动无人水下航行器三维轨迹跟踪的反步控制 被引量：22

10

作者 徐健 汪慢 乔磊 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1589-1596,共8页

针对欠驱动无人水下航行器(underactuated unmanned underwater vehicles,UUVs)三维轨迹跟踪控制问题,本文有别于传统反步法中基于视线法设计姿态角误差变量的思路,提出了一种定义虚拟速度误差变量的反步控制器设计方法,能够有效避免传... 针对欠驱动无人水下航行器(underactuated unmanned underwater vehicles,UUVs)三维轨迹跟踪控制问题,本文有别于传统反步法中基于视线法设计姿态角误差变量的思路,提出了一种定义虚拟速度误差变量的反步控制器设计方法,能够有效避免传统反步法控制律设计时存在的奇异值问题,简化了传统反步法复杂的计算过程;设计了欠驱动UUV的三维轨迹跟踪控制器,给出了系统的误差方程,基于Lyapunov稳定性理论证明了系统在定常外界扰动下的鲁棒性和稳定性;仿真结果表明本文提出的UUV三维轨迹跟踪反步控制方法收敛、有效,能够实现欠驱动UUV对时变三维轨迹的精确跟踪控制. 展开更多

关键词 欠驱动无人水下航行器 三维轨迹跟踪控制 反步法 LYAPUNOV稳定性理论

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基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制 被引量：6

11

作者 葛晖 敬忠良 高剑 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期184-189,共6页

基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器(AUV)的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想... 基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器(AUV)的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性. 展开更多

关键词 全驱动 自主式水下航行器 轨迹跟踪控制 轨迹线性化控制 LYAPUNOV稳定性

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水下自主航行器微光照相机驱动系统设计 被引量：6

12

作者 吴厚德 侯昱辰 +1 位作者 许文海 赵明 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2605-2613,共9页

提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,... 提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,并给出了改进方案;使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调,解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题;最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明,系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz,串行转移时钟的幅度重叠率优于50%,并行转移时钟的幅度重叠率优于90%,驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns,驱动波形稳定、平整,电子倍增驱动信号高电平可调,功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题,可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。 展开更多

关键词 电子倍增电荷耦合器件 低照度相机 CCD驱动 自主水下航行器 现场可编程门阵列

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全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制 被引量：3

13

作者 袁健 张文霞 周忠海 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1276-1281,共6页

为了研究了全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制问题。针对多AUV编队控制过程中的可变通信拓扑情形,首先通过预定义AUV间的通信距离,将多AUV系统建模为通信拓扑可变系统。其次对AUV三维运动学和动力学进行建模;为实现多AUV编队控制... 为了研究了全驱动式自主水下航行器有限时间编队控制问题。针对多AUV编队控制过程中的可变通信拓扑情形,首先通过预定义AUV间的通信距离,将多AUV系统建模为通信拓扑可变系统。其次对AUV三维运动学和动力学进行建模;为实现多AUV编队控制的有限时间控制,提出一种有限时间的二阶一致性控制算法,对AUV的速度(线速度和角速度)和位置(平移和角度)进行一致性协同控制,利用一致性协同后的速度量和位置量以及各AUV的动力学方程,求解各AUV的推力和推力矩。最后通过对可变通信拓扑情形下的多AUV编队控制进行了数值仿真,验证了所提有限时间编队控制策略的有效性。 展开更多

关键词 全驱动式自主水下航行器 编队控制 有限时间一致性 可变通信拓扑

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基于高度计信息处理的欠驱动无人水下航行器地形跟踪控制 被引量：1

14

作者 严浙平 邓力榕 孙海涛 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2014年第2期605-609,614,共6页

针对高度测量信息不准确情况下的欠驱动无人水下航行器(UUV)地形跟踪控制问题,结合欠驱动UUV的固有特性,提出了一种基于反步法的非线性海底地形跟踪控制方法。首先,针对高度计受海水温度和盐度等海洋环境的干扰而导致高度测量信息不准... 针对高度测量信息不准确情况下的欠驱动无人水下航行器(UUV)地形跟踪控制问题,结合欠驱动UUV的固有特性,提出了一种基于反步法的非线性海底地形跟踪控制方法。首先,针对高度计受海水温度和盐度等海洋环境的干扰而导致高度测量信息不准确的问题,采用卡尔曼滤波器对高度测量信息进行处理,提高高度信息的准确性;然后,基于Lyapunov稳定性理论和反步法设计了非线性地形跟踪控制器,并证明了控制系统的渐近稳定性;最后,分别通过仿真实验和海试实验对所提出的方法进行验证。结果表明,基于高度信息滤波处理的欠驱动UUV非线性地形跟踪控制器能够实现精确的地形跟踪控制。 展开更多

关键词 欠驱动无人水下航行器 地形跟踪 高度信息 卡尔曼滤波 反步法

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基于水下自主航行器(AUV)的神狐峡谷谷底块体搬运沉积特征及其对深水峡谷物质输运过程的指示 被引量：5

15

作者 刘铮 陈端新 +2 位作者 朱友生 张广旭 董冬冬 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期13-21,共9页

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道。对于远离陆地的海底峡谷,通常认为浊流是物质搬运的主要营力。受限于探测精度和复杂作业环境影响,使用常规地球物理资料对深水海底峡谷尤其是对谷底沉积体的形态和结构特征的刻画不够精细。基... 海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道。对于远离陆地的海底峡谷,通常认为浊流是物质搬运的主要营力。受限于探测精度和复杂作业环境影响,使用常规地球物理资料对深水海底峡谷尤其是对谷底沉积体的形态和结构特征的刻画不够精细。基于水下自主航行器(AUV,Autonomous Underwater Vehicle)采集的高分辨率多波束、旁扫声呐和浅地层剖面资料,对神狐峡谷群中的一条峡谷的谷底表面及部分浅部地层的沉积特征进行了分析。结果表明,峡谷谷底浅部地层并不像它平滑的表面那么简单,而是由大量内部杂乱弱反射、厚度在8.4 m及以下的块体搬运沉积体组成。峡谷中下游块体搬运沉积体大都沿峡谷走向整体呈条带状展布,不是直接来源于相邻的峡谷脊部。研究认为在特定沉积环境下(例如高海平面时期),陆坡限定性峡谷谷底的块体搬运沉积过程的重复进行是峡谷谷底物质输运的重要途径,与浊流共同雕刻了峡谷的地形地貌。基于AUV的地球物理探测技术将是研究海底浅表层沉积过程和保障海底工程施工的重要手段。 展开更多

关键词 海底峡谷 物质输运 水下自主航行器(auv) 块体搬运沉积 神狐峡谷群

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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：4

16

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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面向AUV水下回收的仿花瓣机械爪设计与水池试验

17

作者 刘玉红 张大卫 +2 位作者 苑满星 边德勇 郑竹玉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第5期462-468,共7页

随着海洋开发与利用区域不断向深、远海延伸,自主式水下航行器(AUVs)长期水下作业需求也愈发紧迫,因此,开展隐蔽、快速、安全的AUV水下回收技术研究具有重要的意义.针对AUV水下移动对接回收需求,同时基于现有水下移动对接回收装置末端... 随着海洋开发与利用区域不断向深、远海延伸,自主式水下航行器(AUVs)长期水下作业需求也愈发紧迫,因此,开展隐蔽、快速、安全的AUV水下回收技术研究具有重要的意义.针对AUV水下移动对接回收需求,同时基于现有水下移动对接回收装置末端执行机构的特点,受牵牛花瓣结构形状及开合运动规律启发,并结合空间折展机构,提出并设计了一款新型机械手式AUV水下回收装置末端执行机构——仿花瓣机械爪.仿花瓣机械爪主瓣可实现主动张合,带动可折展副瓣收拢与张开,结合主瓣上的被动柔性指可实现对AUV的牢固抓取.通过对仿花瓣机械爪的运动学分析获得了其运动规律及运动参数,机械爪主、副瓣面展开角均随电推杆行程的增加而减小,其变化范围分别为[0°,32°]和[0°,23.8°),完全展开后,花瓣最大开口尺寸为657 mm.通过水池试验验证了仿花瓣机械爪的预期运动及抓取效果;同时还探讨了机械爪偏心距离、机械爪开角及闭合速度对回收效果的影响.结果表明:偏心距仅对回收时间有较大影响,偏心距越大回收时间变长;而机械爪开角及闭合速度则主要影响最大碰撞力与回收时间,且机械爪闭合速度过快不利于成功回收. 展开更多

关键词 水下移动对接回收 自主式水下航行器(auv) 仿花瓣机械爪 柔性指 运动学分析

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自主式水下航行器三维路径跟踪的神经网络H_∞鲁棒自适应控制方法 被引量：6

18

作者 葛晖 敬忠良 高剑 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期317-322,共6页

本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题.针对此问题,首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型.其次,在控... 本文研究了存在模型不确定以及外界未知扰动情况下的自主式水下航行器(AUV)的三维路径跟踪控制问题.针对此问题,首先利用时标分离原理及正交投影Serret-Frenet坐标系建立了描述AUV质心运动及姿态运动的的仿射非线性数学模型.其次,在控制器设计中运用神经网络H∞鲁棒自适应算法克服了模型的不确定性及扰动,同时在控制器设计中利用了主导输入的思想,降低了闭环系统的复杂度,减少了实时计算工作量,便于工程应用.基于Lyapunov理论的分析保证了系统的稳定性.仿真结果表明,路径跟踪控制律可以保证AUV沿期望路径运动,并且具有良好的动态性能. 展开更多

关键词 自主式水下航行器(auv) 三维路径跟踪 Serret—Frenet坐标系 质心回路 姿态回路 神经网络

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自主水下航行器的分离运动安全性研究 被引量：2

19

作者 李家旺 宋保维 +2 位作者 余德海 邵成 杜晓旭 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1241-1245,共5页

为给自主水下航行器(AUV)的分离方式选择提供理论依据,对重力解脱方式和推冲分离方式下AUV的分离运动安全性进行了定量分析。考虑到载荷与运载体之间相互影响的差异,利用多刚体力学原理,建立了两种方式下的AUV分离运动方程。根据彻底分... 为给自主水下航行器(AUV)的分离方式选择提供理论依据,对重力解脱方式和推冲分离方式下AUV的分离运动安全性进行了定量分析。考虑到载荷与运载体之间相互影响的差异,利用多刚体力学原理,建立了两种方式下的AUV分离运动方程。根据彻底分离后载荷与运载体之间的相对距离检测,提出了一种分离安全度模型。结果表明,当载荷的重力大于浮力时,前种方式下的分离安全度随着分离前速度或辅助推力的增加而提高,预定分离角过大或过小会使其降低;对于后种方式,在低速、大推冲力条件下其分离安全性较前种方式高,在高速时则可能导致碰撞。 展开更多

关键词 基础力学 自主水下航行器(auv) 运动方程 分离安全度模型

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融合自适应势场法和深度强化学习的三维水下AUV路径规划方法

20

作者 郝琨 孟璇 +1 位作者 赵晓芳 李志圣 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第7期1451-1461,共11页

在复杂海洋环境中,AUV路径规划方法的生成路径质量低、动态避障能力差,为此提出新的三维水下AUV路径规划方法(IADQN).针对AUV在未知水下环境中障碍物识别和规避能力不足的问题,提出自适应势场法以提高AUV的动作选择效率.为了解决传统深... 在复杂海洋环境中,AUV路径规划方法的生成路径质量低、动态避障能力差,为此提出新的三维水下AUV路径规划方法(IADQN).针对AUV在未知水下环境中障碍物识别和规避能力不足的问题,提出自适应势场法以提高AUV的动作选择效率.为了解决传统深度Q网络(DQN)经验回放策略中样本选择效率低的问题,采用优先经验回放策略,从经验池中选择对训练贡献较高的样本来提高训练的效率. AUV根据当前状态动态调整奖励函数,加快DQN在训练期间的收敛速度.仿真结果表明,与DQN方案相比,IADQN能够在真实的海洋环境下高效规划出省时、无碰撞的路径,使AUV运行时间缩短6.41 s,与洋流的最大夹角减少10.39°. 展开更多

关键词 路径规划 深度强化学习 自适应势场法 自主水下航行器(auv) 动态奖励函数

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