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深海拖曳式自主水下航行器发展现状与关键技术
1
作者 卢冠宇 张铁栋 +3 位作者 李整林 姜大鹏 雷明 骆婉珍 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第3期1-13,共13页
相较于内置传感器的一般自主水下航行器(AUV),拖曳式AUV具有测量设备空间限制小、有效载荷更换方便、自干扰小等优势,在中小尺度、快变过程的深海观测发挥了重要作用。通过梳理拖曳式AUV在国内外的发展现状,根据拖曳作业特点分析拖曳式... 相较于内置传感器的一般自主水下航行器(AUV),拖曳式AUV具有测量设备空间限制小、有效载荷更换方便、自干扰小等优势,在中小尺度、快变过程的深海观测发挥了重要作用。通过梳理拖曳式AUV在国内外的发展现状,根据拖曳作业特点分析拖曳式AUV总体设计、耦合动力学分析、自主控制和智能决策规划等关键技术问题,指出专业化的拖曳载体、专用化的拖曳负载和网络化的作业场景是拖曳式AUV设计和应用的发展方向,为拖曳式AUV在水下精细探测的应用提供参考。 展开更多
关键词 自主水下航行器 拖曳系统 深海观测 耦合运动
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自主水下航行器编队流体动力特性分析
2
作者 苏士博 刘浩煜 +1 位作者 余敏 汤奇荣 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第5期62-67,共6页
自主水下航行器编队航行时,艇体通过流体产生的水动力相互作用会影响AUV的能耗、运动稳定性等,研究自主水下航行器编队的流体动力特性对于提高其运动稳定性、节约能源等具有重要意义。首先利用量纲分析方法对自主水下航行器所受的驱动... 自主水下航行器编队航行时,艇体通过流体产生的水动力相互作用会影响AUV的能耗、运动稳定性等,研究自主水下航行器编队的流体动力特性对于提高其运动稳定性、节约能源等具有重要意义。首先利用量纲分析方法对自主水下航行器所受的驱动力和水动力进行分析,提出基于量纲方法的驱动力和水动力的近似计算方法,利用仿真和实验数据求出驱动力系数,然后利用计算流体力学方法对自主水下航行器编队直线航行进行数值模拟,并分析在串联式、并联式、“V”形编队下自主水下航行器所受的力和力矩的变化及其对运动的影响。根据数值模拟结果得出,在串联式编队下编队距离主要影响自主水下航行器所受阻力,并联式编队和“V”形编队下编队距离主要影响横向力和偏航力矩,艇体周围的压力分布是影响受力情况的主要原因。 展开更多
关键词 自主水下航行器 编队流体特性 量纲分析 计算流体力学
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多自主水下航行器分布式三维仿射编队机动控制
3
作者 姚明启 于林 +2 位作者 郭凯 陆宇 乔磊 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期360-368,共9页
[目的]为提高自主水下航行器(AUV)编队在复杂障碍场景中执行任务的能力,提出一种多AUV分布式三维编队队形机动控制方法。[方法]基于仿射变换理论与应力矩阵,实现AUV编队队形的缩放、旋转、共面、切变、共线或它们的组合机动。同时,基于... [目的]为提高自主水下航行器(AUV)编队在复杂障碍场景中执行任务的能力,提出一种多AUV分布式三维编队队形机动控制方法。[方法]基于仿射变换理论与应力矩阵,实现AUV编队队形的缩放、旋转、共面、切变、共线或它们的组合机动。同时,基于拉普拉斯矩阵,实现多AUV编队的艏向一致性。此外,采用非奇异积分终端滑模控制器保证多AUV编队快速高精度跟踪期望轨迹。[结果]通过高保真仿真实验验证了所提出的AUV编队机动控制方案能够驱动多AUV编队,实现三维队形的高精度机动变换,具有高机动性与鲁棒性。[结论]所提方法使得多AUV编队能够通过灵活机动的队形来躲避复杂水下障碍物,提高了AUV编队的安全性和执行任务的能力。 展开更多
关键词 自主水下航行器 编队控制 滑模控制 避障 仿射变换
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多载荷自主水下航行器在海洋声学实验教学中的应用探讨
4
作者 范双双 廖喜扬 +2 位作者 汪慧 刘亚婷 王东晓 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第1期205-213,共9页
海洋声学课程旨在通过介绍海洋声学基础理论知识并结合水下声学技术应用实例,使学生理解海洋声学研究对于海洋调查及国防安全的重要性。该文将先进的水下无人平台技术与声呐技术相结合,发展基于多载荷自主水下航行器的海洋声学创新性实... 海洋声学课程旨在通过介绍海洋声学基础理论知识并结合水下声学技术应用实例,使学生理解海洋声学研究对于海洋调查及国防安全的重要性。该文将先进的水下无人平台技术与声呐技术相结合,发展基于多载荷自主水下航行器的海洋声学创新性实验教学手段。通过设计具有技术先进性、方法创新性和实践可行性的实验教学任务与方案,有效丰富了海洋声学课程教学的内涵,提升了学生的学习体验和实践能力,并能够使学生树立海洋科学与海洋技术协同发展的创新思维。 展开更多
关键词 海洋声学 声呐 自主水下航行器 实验教学改革
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自主水下航行器事件触发自适应神经渐近轨迹跟踪控制
5
作者 唐思星 邓英杰 赵运利 《燕山大学学报》 北大核心 2025年第2期114-120,共7页
针对六自由度自主水下航行器在水平面的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种事件触发自适应神经渐近跟踪控制的方法。采用径向基神经网络对未知模型和环境干扰等非线性不确定项进行逼近,将积分有界函数融入控制律和自适应律中,以实现跟踪误... 针对六自由度自主水下航行器在水平面的高精度轨迹跟踪问题,提出了一种事件触发自适应神经渐近跟踪控制的方法。采用径向基神经网络对未知模型和环境干扰等非线性不确定项进行逼近,将积分有界函数融入控制律和自适应律中,以实现跟踪误差的渐进收敛;通过最小学习参数技术压缩神经网络权值,构造出单参数的自适应律;在控制器至执行器通道上应用事件触发机制,构造变量式事件触发条件,避免了Zeno现象的发生;通过Lyapunov直接法和Barabalat引理对闭环系统的渐近稳定性进行分析。最后,通过仿真试验验证所提出控制策略的优越性和平稳性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 渐近跟踪控制 最小学习参数 事件触发控制
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基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制 被引量：6
6
作者 王浩亮 柴亚星 +3 位作者 王丹 刘陆 王安青 彭周华 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1024-1034,共11页
针对考虑外部海洋环境扰动和内部模型不确定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV),研究其在通信资源受限和机载能量受限下的协同路径跟踪控制问题.首先,针对水声通信信道窄造成的通信资源受限问题,设计一种基于事... 针对考虑外部海洋环境扰动和内部模型不确定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV),研究其在通信资源受限和机载能量受限下的协同路径跟踪控制问题.首先,针对水声通信信道窄造成的通信资源受限问题,设计一种基于事件触发机制(Event-triggered mechanism,ETM)的协同通信策略;然后,针对模型不确定性和海洋环境扰动问题,设计一种基于事件触发机制的线性扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)来逼近水下航行器的未知动力学,并降低了系统采样次数;最后,针对机载能量受限问题,设计一种基于事件触发机制的动力学控制律,在保证控制精度的前提下,降低了执行机构的动作频次,从而节省了能量消耗.应用级联系统稳定性分析方法,分别验证了闭环系统是输入状态稳定的且系统不存在Zeno行为.仿真结果验证了所提基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制方法的有效性. 展开更多
关键词 自主水下航行器 事件触发机制 协同路径跟踪 扩张状态观测器
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基于MPC-DO的自主水下航行器轨迹跟踪控制 被引量：1
7
作者 廖宇辰 闫勋 +3 位作者 贾晋军 高德峰 陈子峰 姜大鹏 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第2期74-80,共7页
针对欠驱动自主水下航行器在速度约束和未知外界环境干扰下的轨迹跟踪问题,提出一种基于模型预测控制算法和干扰观测器的复合控制方案。首先,基于模型预测控制算法设计一种考虑速度极限约束以及速度增量约束的轨迹跟踪运动学控制器。其... 针对欠驱动自主水下航行器在速度约束和未知外界环境干扰下的轨迹跟踪问题,提出一种基于模型预测控制算法和干扰观测器的复合控制方案。首先,基于模型预测控制算法设计一种考虑速度极限约束以及速度增量约束的轨迹跟踪运动学控制器。其次,针对海洋作业环境下存在的外界干扰,设计干扰观测器对其进行实时估计,并基于所设计的干扰观测器,设计精确跟踪期望速度的动力学控制器,并对控制方案进行了严格的理论分析。最后,进行数值仿真,仿真结果证实了该控制方案的有效性。 展开更多
关键词 模型预测控制 自主水下航行器 干扰观测器 轨迹跟踪
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自主水下航行器发展趋势及关键技术 被引量：64
8
作者 宋保维 潘光 +5 位作者 张立川 黄桥高 于洋 田文龙 董华超 张新虎 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第5期27-44,共18页
为推进和引导我国自主水下航行器(AUV)的发展,总结国内外AUV的研究现状,提出其系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势。重点探讨AUV总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术,为更好地利... 为推进和引导我国自主水下航行器(AUV)的发展,总结国内外AUV的研究现状,提出其系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势。重点探讨AUV总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术,为更好地利用AUV经略海洋,从而实现“进入海洋、探测海洋、利用海洋”的战略目标提出发展意见。 展开更多
关键词 自主水下航行器 海洋探测 无人系统 集群协同
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欠驱动自主水下航行器轨迹跟踪控制 被引量：18
9
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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自主水下航行器导航技术 被引量：34
10
作者 严卫生 徐德民 +1 位作者 李俊 张福斌 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2004年第6期11-15,19,共6页
水下导航技术是自主水下航行器发展的关键技术,因而得到了广泛的关注。简要介绍了自主水下航行器的重要性及国外的发展概况,对国外水下航行器所采用的导航技术进行了综述,并就我国应采取的对策与措施提出建议。
关键词 自主水下航行器 导航 综述
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自主水下航行器轴向运动的自适应反演滑模控制 被引量：12
11
作者 高剑 徐德民 +2 位作者 李俊 严卫生 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期552-555,共4页
研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明... 研究了自主水下航行器在未知海流作用下的轴向运动跟踪控制问题,采用非线性反演设计技术,引入自适应机制在线估计未知海流速度和模型参数,用滑模控制克服系统中的未建模动态特性,保证了轴向位置跟踪误差的全局渐近稳定性。仿真结果表明,该自适应反演滑模控制具有良好的鲁棒性和自适应性。 展开更多
关键词 自主水下航行器 轴向运动控制 未知海流 自适应反演滑模控制
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欠驱动条件下自主水下航行器轨迹跟踪动态性能预设控制
12
作者 李晓斌 徐东 杨雪 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3185-3197,共13页
为满足欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)在复杂扰动和参数不确定条件下高性能轨迹跟踪需求,提出预设动态性能及收敛时间的三维轨迹跟踪控制方法。首先,对欠驱动AUV的前向位置道进行扩维,构建面向控制的一体化... 为满足欠驱动自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)在复杂扰动和参数不确定条件下高性能轨迹跟踪需求,提出预设动态性能及收敛时间的三维轨迹跟踪控制方法。首先,对欠驱动AUV的前向位置道进行扩维,构建面向控制的一体化多输入多输出轨迹跟踪模型。然后,结合动态过程函数与预设时间控制理论,建立动态性能预设轨迹跟踪控制系统,使得AUV轨迹跟踪暂态品质可由动态过程函数直接决定,而跟踪误差的实际收敛时间也可由单个控制参数准确预设。最后,为避免控制奇异现象和“微分爆炸”现象,控制系统设计过程中分别融入绝对值修正法和径向基函数网络(radial basis function neural network,RBFNN)拟合法。数值仿真结果表明,所提出的控制方法可显著提升欠驱动AUV的抗扰性和暂态品质,实现快速平滑的高性能三维轨迹跟踪。 展开更多
关键词 自主式水下航行器 动态过程函数 预设时间控制理论 动态性能预设轨迹跟踪控制 径向基函数网络
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单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航 被引量：16
13
作者 李闻白 刘明雍 +1 位作者 张立川 刘富樯 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1002-1007,共6页
针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及... 针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计。与已有的研究相比,仿真结果表明该算法具有较高的定位精度,且有效提高了定位解算的实时性。 展开更多
关键词 自动控制技术 自主水下航行器 协同导航 相对位移测量 扩展的Kalman滤波
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自主水下航行器的研究现状与挑战 被引量：41
14
作者 赵涛 刘明雍 周良荣 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2010年第6期1-6,共6页
自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用,具有潜在的教育、科学和军事价值。简要的介绍了自主水下航行器的国内外的发展概况,讨论了自主水下航行未来发展所存在的技术问题,并探讨了自... 自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用,具有潜在的教育、科学和军事价值。简要的介绍了自主水下航行器的国内外的发展概况,讨论了自主水下航行未来发展所存在的技术问题,并探讨了自主水下航行器的未来发展趋势。最后,就我国应采取的对策与措施提出了建议。 展开更多
关键词 自主水下航行器 导航 多源信息融合 导航通讯一体化
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矢量推进自主水下航行器动力学建模及仿真 被引量：9
15
作者 王玉 林秀桃 +3 位作者 宋诗军 刘玉红 张宏伟 王树新 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期143-148,共6页
采用单矢量推进器进行航向控制的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV),与采用传统的鳍舵进行航向控制的AUV相比,具有更好的低速操控性及定位精度.根据单矢量推进式AUV的特点,将AUV的推力视为螺旋桨转速及矢量推进器摆角... 采用单矢量推进器进行航向控制的自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV),与采用传统的鳍舵进行航向控制的AUV相比,具有更好的低速操控性及定位精度.根据单矢量推进式AUV的特点,将AUV的推力视为螺旋桨转速及矢量推进器摆角的函数,运用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度运动学模型和动力学模型,采用四阶五级龙格-库塔方法对单矢量推进式AUV动力学模型进行了求解,在Matlab环境下对其动力学行为进行了仿真预测,并通过水域试验验证了所建模型的正确性,为控制系统的设计奠定了基础. 展开更多
关键词 自主水下航行器 矢量推进器 动力学模型 仿真
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远程自主水下航行器建模研究 被引量：10
16
作者 严卫生 徐德民 +1 位作者 李俊 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期500-504,共5页
通过对远程自主水下航行器进行动力学和运动学分析,基于经典的动量和动量矩定理,在地心惯性坐标系下建立了一种适合远程应用的自主水下航行器模型。该模型不仅考虑了地球的曲率,也考虑地球的自转运动,可应用于水下航行器导航与控制系统... 通过对远程自主水下航行器进行动力学和运动学分析,基于经典的动量和动量矩定理,在地心惯性坐标系下建立了一种适合远程应用的自主水下航行器模型。该模型不仅考虑了地球的曲率,也考虑地球的自转运动,可应用于水下航行器导航与控制系统的一体化仿真及系统精度分析。 展开更多
关键词 自主水下航行器 导航 控制 建模
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四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究 被引量：6
17
作者 宋保维 张宝收 +2 位作者 姜军 杜晓旭 王德政 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期299-306,共8页
四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力... 四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°～90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°～15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°～50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。 展开更多
关键词 流体力学 四旋翼碟形自主水下航行器 流体动力 特性分析 数值计算
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具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制 被引量：10
18
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 2012年第9期1139-1145,共7页
本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;... 本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性. 展开更多
关键词 自主水下航行器 变深控制 反步法 反馈增益 鲁棒分析
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一种自主水下航行器分布式控制系统 被引量：6
19
作者 高剑 严卫生 +2 位作者 张福斌 张立川 赵宁宁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1139-1142,共4页
提出一种新的基于CAN总线的自主水下航行器(AUV)分布式控制系统。该控制系统具有良好的分层递阶体系结构,包括由综合显控台构成的任务层,由管理记录中心构成的协调层,以及由导航控制中心和底层执行机构控制节点构成的控制层。同时,将实... 提出一种新的基于CAN总线的自主水下航行器(AUV)分布式控制系统。该控制系统具有良好的分层递阶体系结构,包括由综合显控台构成的任务层,由管理记录中心构成的协调层,以及由导航控制中心和底层执行机构控制节点构成的控制层。同时,将实时控制与非实时任务管理分离,由不同的功能节点实现,便于系统的维护和升级。航行试验中,分布式控制系统运行情况良好,AUV完整、正确地执行了航行任务,这充分说明该设计是成功的。 展开更多
关键词 自动控制技术 自主水下航行器 分布式控制系统 分层结构
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仅利用位置信息的自主水下航行器主从式编队控制方法 被引量：11
20
作者 崔荣鑫 徐德民 严卫生 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期980-984,共5页
研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者... 研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者的位置及航向信息设计一虚拟航行器,使其轨迹与参考路径在有限时间内重合。考虑了水下航行器的参数不确定性以及海流干扰等特点,给出了跟随者的自适应变结构控制律,使得跟随者沿着虚拟航行器的轨迹运动,从而与领航者保持期望的距离,达到编队控制的目的。仿真结果表明所提出的算法是有效的。 展开更多
关键词 控制理论 自主水下航行器 编队控制 主从式 虚拟航行器 自适应变结构控制
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