无人水下机器人推进系统故障诊断与容错控制 被引量：7

1

作者 刘乾 朱大奇 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期96-101,共6页

由于海洋深处工作环境的复杂性、不可预测性,水下机器人可靠性控制技术一直备受关注。在常规无人水下机器人推进器故障诊断中,均假设推进器处于几种固定故障模式,离线设计控制律,在线调度控制律实现容错控制,这与实际推进器故障情况有... 由于海洋深处工作环境的复杂性、不可预测性,水下机器人可靠性控制技术一直备受关注。在常规无人水下机器人推进器故障诊断中,均假设推进器处于几种固定故障模式,离线设计控制律,在线调度控制律实现容错控制,这与实际推进器故障情况有较大差别,因此采用ICMAC(Improved Credit Assignment Cerebellar Model Articulation Controllers)神经网络在线辨识推进器的实际故障大小,再利用伪逆重构控制策略,产生容错控制矩阵,实现无人水下机器人在线自适应容错控制。并针对推进器突发性故障,给出了故障诊断与容错控制仿真结果。 展开更多

关键词 无人水下机器人 推进器 神经网络 故障诊断 容错控制

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水下机器人动力学系统的小波辨识算法 被引量：2

2

作者 邓志刚 朱大奇 方建安 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2546-2551,共6页

动力学模型辨识是机器人控制设计的基础,是水下机器人研究的核心内容之一。以Falcon水下机器人的动力学模型为研究对象,在模型适当简化的基础上,提出基于小波级数模型的水下机器人动力学在线辨识方法,选取DOG(Derivative of Gaussian)... 动力学模型辨识是机器人控制设计的基础,是水下机器人研究的核心内容之一。以Falcon水下机器人的动力学模型为研究对象,在模型适当简化的基础上,提出基于小波级数模型的水下机器人动力学在线辨识方法,选取DOG(Derivative of Gaussian)小波作为小波函数,对Falcon水下机器人纵向自由度动力学模型进行自适应辨识。针对水下机器人动力学模型的时变特性,研究负载特性变化情况下的系统辨识,得出了基于DOG小波级数模型的水下机器人动力学在线算法更加有效。 展开更多

关键词 水下机器人 系统辨识 动力学模型 非参数辨识 正交小波级数

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基于神经网络的水下机器人容错控制方法与实验研究 被引量：3

3

作者 颜明重 刘乾 +1 位作者 朱大奇 汤天浩 《船海工程》 2009年第5期138-141,161,共5页

针对无人水下机器人(UUV)传感器常见故障,采用一种基于有限脉冲响应(FIR)滤波器模型的在线故障诊断方法。根据该模型的故障检测结果,提出一种基于BP神经网络模型的容错控制策略,实现水下机器人首向角的估计以及传感器信号的在线重构。... 针对无人水下机器人(UUV)传感器常见故障,采用一种基于有限脉冲响应(FIR)滤波器模型的在线故障诊断方法。根据该模型的故障检测结果,提出一种基于BP神经网络模型的容错控制策略,实现水下机器人首向角的估计以及传感器信号的在线重构。将重构的信号替代故障传感器信号,实现水下机器人在线容错控制。在OUTLAND 1000水下机器人定向控制系统中,首向角传感器(罗经)发生故障情形下,给出机器人的故障检测以及容错控制结果。 展开更多

关键词 无人水下机器人 传感器故障 神经网络 容错控制

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基于JAVA的新型ARV水下机器人通信及控制系统的实现 被引量：5

4

作者 王宇雷 朱大奇 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期7-11,共5页

ARV(autonomous&remotely-operated vehicle)是一种全新概念的水下机器人,它综合遥控水下机器人(ROV)和自治水下机器人(AUV)的优点,自带能源并通过光纤与母船联系,可以在复杂环境下实现自主、遥控和监控3种模式下的中等范围搜索、... ARV(autonomous&remotely-operated vehicle)是一种全新概念的水下机器人,它综合遥控水下机器人(ROV)和自治水下机器人(AUV)的优点,自带能源并通过光纤与母船联系,可以在复杂环境下实现自主、遥控和监控3种模式下的中等范围搜索、定点观测以及水下轻作业。提出一种基于JAVA开发的ARV通信及控制系统,它能够实现ARV的运动操纵、自动驾驶、设备控制、状态检测、故障报警、视频监视、声纳探测和数据交换记录,同时提供信息监测、工作过程记录及保障系统安全的功能。 展开更多

关键词 ARV JAVA 通信及控制

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自治水下机器人的自主启发式生物启发神经网络路径规划算法 被引量：36

5

作者 朱大奇 刘雨 +1 位作者 孙兵 刘清沁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期183-191,共9页

针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和... 针对复杂海流环境下自治水下机器人(autonomous underwater vehicle, AUV)的路径规划问题,本文在栅格地图的基础上给出了一种基于离散的生物启发神经网络(Glasius bio-inspired neural networks, GBNN)模型的新型自主启发式路径规划和安全避障算法,并考虑海流对路径规划的影响.首先建立GBNN模型,利用此模型表示AUV的工作环境,神经网络中的每一个神经元与栅格地图中的位置单元一一对应;其次,根据神经网络中神经元的活性输出值分布情况并结合方向信度算法实现自主规划AUV的运动路径;最后根据矢量合成算法确定AUV实际的航行方向.障碍物环境和海流环境下仿真实验结果表明了生物启发模型在AUV水下环境中路径规划的有效性. 展开更多

关键词 栅格地图 生物启发神经网络 运动规划 海流环境 避障

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开架水下机器人生物启发离散轨迹跟踪控制 被引量：12

6

作者 孙兵 朱大奇 邓志刚 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期454-462,共9页

针对水下机器人常规反步跟踪控制的速度跳变问题,提出了基于生物启发模型的反步滑模混合控制方法.应用生物启发模型的平滑、有界输出特性,产生渐变的参考跟踪速度,克服了速度跳变问题,也满足了推进器推力约束.同时自适应滑模控制算法产... 针对水下机器人常规反步跟踪控制的速度跳变问题,提出了基于生物启发模型的反步滑模混合控制方法.应用生物启发模型的平滑、有界输出特性,产生渐变的参考跟踪速度,克服了速度跳变问题,也满足了推进器推力约束.同时自适应滑模控制算法产生跟踪控制律,对于水下干扰及模型不确定影响具有鲁棒性,能够实现水下机器人稳定、准确的轨迹跟踪控制.所提方法的稳定性通过Lyapunov理论进行了证明,并将该方法对FALCON开架水下机器人进行水平面离散轨迹跟踪控制的仿真研究,实验结果表明了提出控制方法的有效性. 展开更多

关键词 反步控制 滑模控制 生物启发模型 轨迹跟踪 水下机器人

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多个水下机器人动态任务分配和路径规划的信度自组织算法 被引量：16

7

作者 朱大奇 曹翔 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期762-769,共8页

针对多个水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUVs)动态任务分配和路径规划速度跳变问题,引入栅格信度函数概念,给出一种改进的栅格信度自组织(belief function self-organizing map,BFSOM)算法.目的是控制一组AUV有效地到达所... 针对多个水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUVs)动态任务分配和路径规划速度跳变问题,引入栅格信度函数概念,给出一种改进的栅格信度自组织(belief function self-organizing map,BFSOM)算法.目的是控制一组AUV有效地到达所有指定的目标位置,同时保证AUV能够自动的避开障碍物.首先,自组织神经网络(self-organizing map,SOM)算法对多AUV系统进行任务分配,使得每个目标位置都有一个AUV去访问.整个分配过程包括定义SOM神经网络的初始权值、获胜者选择、邻域函数的计算3个步骤;其次,根据栅格信度函数和环境信息更新SOM获胜神经元的权值,使得每个AUV在访问对应目标的过程中能够自动避障并且克服速度跳变,实现AUV自动有效路径规划.最后,通过仿真实验证明了本文提及算法的有效性. 展开更多

关键词 多AUV系统 自组织神经网络 动态任务分配 信度函数 避障 速度跳变

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基于粒子群优化的自治水下机器人模糊路径规划 被引量：8

8

作者 孙兵 朱大奇 杨元元 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2013年第12期1284-1291,共8页

针对自治水下机器人(AUV)的路径规划问题进行了研究,依据模糊控制规则,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的模糊路径规划算法。首先建立水下水平面内路径规划的模糊规则,并应用A/B模型进行静态和动态障碍物的避障。同时考虑到模糊边界的选... 针对自治水下机器人(AUV)的路径规划问题进行了研究,依据模糊控制规则,提出了一种基于粒子群优化(PSO)的模糊路径规划算法。首先建立水下水平面内路径规划的模糊规则,并应用A/B模型进行静态和动态障碍物的避障。同时考虑到模糊边界的选择具有很大的随意性,所生成的路径并非最优,利用PSO算法进行模糊集合的优化,使得最终生成的路径最优。应用设计的粒子群优化模糊(PSO-fuzzy)算法针对动静态障碍物进行了避障路径规划,仿真结果验证了所设计的方法的有效性。 展开更多

关键词 自治水下机器人(AUV) 路径规划 模糊控制 粒子群优化(PSO) 避障

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水下机器人参数辨识的量子粒子群算法 被引量：10

9

作者 朱大奇 袁义丽 邓志刚 《控制工程》 CSCD 北大核心 2015年第3期531-537,共7页

水下机器人动力学模型参数辨识是水下机器人运动状态控制、路径跟踪、状态监测、故障诊断及容错系统开发的基础,是水下机器人研究的核心内容之一。针对Falcon开架缆控水下机器人的动力学模型,将量子粒子群优化算法引入到水下机器人动力... 水下机器人动力学模型参数辨识是水下机器人运动状态控制、路径跟踪、状态监测、故障诊断及容错系统开发的基础,是水下机器人研究的核心内容之一。针对Falcon开架缆控水下机器人的动力学模型,将量子粒子群优化算法引入到水下机器人动力学模型参数辨识之中,提出基于量子粒子群优化算法(Quantum-behaved PSO,QPSO)的水下机器人动力学模型参数辨识,并将其辨识结果与粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)及遗传算法(GA)的辨识结果进行比较。仿真结果表明应用QPSO算法的参数辨识结果明显优于其它对比方法,说明了算法的有效性与合理性。 展开更多

关键词 水下机器人 粒子群(PSO) 量子粒子群(QPSO) 参数辨识

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生物启发神经动力学模型的自治水下机器人反步跟踪控制 被引量：10

10

作者 朱大奇 杨蕊蕊 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1309-1316,共8页

本文提出一种生物启发神经动力学模型的自治水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法.将AUV在三维空间的运动分为水平面运动和垂直面运动,针对传统反步轨迹跟踪控制器出现的速度跳变问题,采用生物启发神经... 本文提出一种生物启发神经动力学模型的自治水下机器人(autonomous underwater vehicles,AUV)三维轨迹跟踪控制算法.将AUV在三维空间的运动分为水平面运动和垂直面运动,针对传统反步轨迹跟踪控制器出现的速度跳变问题,采用生物启发神经动力学模型,通过构造一种简单的中间虚拟变量,同时结合Lyapunov函数设计出轨迹跟踪控制律,使其控制效果在水平面和垂直面都能够达到全局渐近稳定并且有平滑连续的输出结果,克服AUV反步轨迹跟踪控制的速度跳变问题.仿真结果证明了所提控制律的有效性. 展开更多

关键词 自治水下机器人 生物启发模型 运动控制 全局渐近稳定

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无人水下机器人在线故障辨识及滑模容错控制 被引量：4

11

作者 袁芳 朱大奇 叶银忠 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期351-357,380,共8页

针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,提出了一种无人水下机器人主动滑模容错控制方法。在水下机器人简化动力学模型的基础上利用RCMAC递归小脑神经网络在线辨识机器人中出现的时变非线性故障,并根据故障辨识结果重新配置滑模控... 针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,提出了一种无人水下机器人主动滑模容错控制方法。在水下机器人简化动力学模型的基础上利用RCMAC递归小脑神经网络在线辨识机器人中出现的时变非线性故障,并根据故障辨识结果重新配置滑模控制器的控制律,使无人水下机器人在故障情况下仍然可以完成预定任务。仿真实验证明了该容错方法的有效性。 展开更多

关键词 RCMAC 故障辨识 滑模控制器 主动容错控制 无人水下机器人

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基于生物启发的水下机器人路径跟踪控制 被引量：3

12

作者 邓志刚 袁芳 朱大奇 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1234-1241,共8页

针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同... 针对常规反步控制方法在路径跟踪中出现的速度跳变与推进器驱动饱和等问题,将生物启发神经动力学模型应用到水下机器人路径跟踪控制中。利用生物启发神经动力学模型的渐变和有界输出等特性,设计基于生物启发的反步路径跟踪控制器,并同传统反步跟踪控制器进行对比分析。仿真结果表明:在较大的初始跟踪误差下,所设计的跟踪控制器可以有效克服水下机器人跟踪控制中的速度跳变,避免推进器的驱动饱和,满足水下机器人推进器的推力约束。 展开更多

关键词 水下机器人 自治-遥控机器人 反步控制 生物启发神经动力学 路径跟踪

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小型水下机器人在复杂水下地形中的目标搜寻应用 被引量：8

13

作者 颜明重 邓志刚 +3 位作者 申雄 孙兵 徐国华 朱大奇 《船海工程》 2012年第2期174-177,共4页

针对水下目标搜寻工作所遇到的现实困难及搜寻作业的特点,提出一种在局部水域范围内基于小型ROV的水下小目标搜寻方案,以提高水下复杂地形中的目标搜寻效率。工程应用实践证明该方案具有高效率、低风险及低成本等特点。

关键词 水下机器人 路径规划 避障

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基于递归神经网络的水下机器人故障辨识 被引量：1

14

作者 袁芳 朱大奇 叶银忠 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第5期783-787,共5页

水下机器人故障检测与辨识是机器人实现主动容错控制的关键。针对一般非线性系统执行器和传感器故障辨识问题构造了一种基于递归神经网络的故障辨识模型,并将其应用于水下机器人执行器与传感器故障检测和辨识中。2个并行递归神经网络根... 水下机器人故障检测与辨识是机器人实现主动容错控制的关键。针对一般非线性系统执行器和传感器故障辨识问题构造了一种基于递归神经网络的故障辨识模型,并将其应用于水下机器人执行器与传感器故障检测和辨识中。2个并行递归神经网络根据水下机器人实际输出与估计输出间的误差学习调整隐藏层与输出层权矩阵,辨识机器人中发生的执行器故障和传感器故障。仿真实验表明,这种故障辨识模型可以准确辨识各种水下机器人执行器和传感器故障。 展开更多

关键词 水下机器人 递归神经网络 故障辨识 传感器 执行器

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Model1000水下机器人容错控制 被引量：1

15

作者 袁芳 叶银忠 朱大奇 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第B07期186-189,共4页

针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,将在线学习的RCMAC递归小脑神经网络应用于水下机器人时变、非线性故障的辨识和容错控制中。在OUTLAND的ROV水下机器人Model1000上设置各种传感器和推进器故障进行水下故障辨识和容错控制实验... 针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,将在线学习的RCMAC递归小脑神经网络应用于水下机器人时变、非线性故障的辨识和容错控制中。在OUTLAND的ROV水下机器人Model1000上设置各种传感器和推进器故障进行水下故障辨识和容错控制实验,实验结果证明了RCMAC网络在水下机器人故障辨识和容错控制中的有效性。 展开更多

关键词 故障诊断 水下机器人RCMAC 容错控制

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新型变倾斜参数S型函数的积分滑模水下机器人控制方法研究 被引量：3

16

作者 薛丰 朱大奇 邓志刚 《高技术通讯》 北大核心 2017年第1期62-71,共10页

研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的... 研究了水下机器人轨迹的滑模跟踪控制。针对滑模抖动对系统稳定性的影响,设计了一种基于变倾斜参数sigmoid函数的积分滑模切换函数。基于这个函数设计的控制器在避免抖振现象的同时,保持了高控制精度,且能抑制传统积分滑模控制器常见的超调现象。该控制方法有效性已通过理论证明和仿真实验得到了验证。 展开更多

关键词 水下机器人 轨迹跟踪 滑模控制 积分滑模面 S型函数

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基于VxWorks的自治-遥控水下机器人半双工通信设计和实现 被引量：1

17

作者 白桦 史进 朱大奇 《船海工程》 2013年第3期136-140,共5页

针对自治-遥控水下机器人(ARV)硬件平台特点,基于VxWorks操作系统,采用RS-485通信方式,应用互斥锁机制,开发了半双工通信软件。通讯测试结果说明,当控制程序周期在200 ms左右时,嵌入式版能较好地收发数据,符合ARV操控的实时性要求。

关键词 ARV 串口通信 互斥锁 RS-485 半双工

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基于单片机的水下机器人传感器故障检测仪设计 被引量：1

18

作者 冯俊杰 邓志刚 朱大奇 《船海工程》 2010年第5期241-245,共5页

针对OUTLAND1000无人水下机器人,采用自适应滤波器FIR对水下机器人进行在线自适应建模,利用LMS算法调节和分析滤波器的权系数实时监测水下机器人传感器的故障。以单片机C8051F120为核心设计故障检测器,数据采集和控制信号通过设计的键... 针对OUTLAND1000无人水下机器人,采用自适应滤波器FIR对水下机器人进行在线自适应建模,利用LMS算法调节和分析滤波器的权系数实时监测水下机器人传感器的故障。以单片机C8051F120为核心设计故障检测器,数据采集和控制信号通过设计的键盘发送给机器人,传感器数据通过RS—232传送到控制器进行数据分析,并在液晶上显示出相应的故障检测结果。 展开更多

关键词 单片机 串口通信 故障诊断 无人水下机器人

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基于粒子群优化卡尔曼滤波的水下机器人信号处理 被引量：1

19

作者 王翠翠 朱大奇 刘静 《船海工程》 2010年第1期99-102,共4页

在卡尔曼滤波的基础上,引入粒子群优化算法,对卡尔曼滤波方法进行改进,提出基于粒子群优化的卡尔曼滤波器模型,从而提高水下机器人测量数据的精度,降低系统噪声和量测噪声所带来的误差。水池仿真试验结果表明改进的滤波方法有效、实用。

关键词 卡尔曼滤波器 粒子群算法 水下机器人 信号处理

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基于灰度波动的水下图像分割 被引量：6

20

作者 颜明重 黄冰逸 朱大奇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1268-1273,共6页

为了改善低对比度、富含噪声以及非均匀亮度的水下图像的分割效果,本文提出一种基于图像灰度波动特征的分割方法,该方法采用了非对称的自适应中值滤波的方法来改善图像的前景目标与背景之间的边缘特性,分别从行和列的方向上检测出大尺... 为了改善低对比度、富含噪声以及非均匀亮度的水下图像的分割效果,本文提出一种基于图像灰度波动特征的分割方法,该方法采用了非对称的自适应中值滤波的方法来改善图像的前景目标与背景之间的边缘特性,分别从行和列的方向上检测出大尺度的波峰和波谷,再通过局部阈值分割来确定图像中的前景目标边缘,最后将行与列的分割结果取交集,得到图像分割的最终结果。仿真结果表明:与基于模糊熵或者模糊聚类的图像分割方法相比,本文的算法性能更优,分割效果更好。 展开更多

关键词 图像分割 灰度波动 水下图像 中值滤波 非均匀光照 模糊熵 模糊聚类 主元分析

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