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智能无人水下航行器水下回收对接技术综述 预览
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作者 孙叶义 武皓微 +2 位作者 李晔 周子烨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期1-11,共11页
针对目前水面母船回收智能无人水下航行器存在的受环境影响大、隐蔽性差、成本高、自动化程度低等不足,AUV水下自主回收对接日益成为研究热点。水下对接可以完成AUV能源补给、数据下载/上传、设备检修等操作,实现AUV水下不间断隐蔽作业... 针对目前水面母船回收智能无人水下航行器存在的受环境影响大、隐蔽性差、成本高、自动化程度低等不足,AUV水下自主回收对接日益成为研究热点。水下对接可以完成AUV能源补给、数据下载/上传、设备检修等操作,实现AUV水下不间断隐蔽作业,具有重要的应用价值。本文结合AUV水下回收对接的特点,归纳了水下对接的优势和困难,分类总结了水下对接的关键技术,包括导引技术、搭载方式、对接装置形式、安全性分析等。综述了近年来各国在AUV水下对接领域的研究成果,并对未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 智能无人水下航行器 回收 水下对接 搭载方式 安全性 导引 捕捉 几何约束 协调控制
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海流干扰下海洋观测平台动力定位 被引量:1
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作者 孙叶义 武皓微 +2 位作者 安力 李晔 《机器人》 CSCD 北大核心 2018年第1期8-15,共8页
针对小型海洋观测平台,考虑其特殊的回转体形状,建立海流干扰下的运动学模型,针对螺旋桨的环形布置形式制订相应的推力分配方案.通过搭建半物理仿真平台,模拟平台在海流大小不同且方向相同、以及海流大小相同且方向不同时的动力定位过程... 针对小型海洋观测平台,考虑其特殊的回转体形状,建立海流干扰下的运动学模型,针对螺旋桨的环形布置形式制订相应的推力分配方案.通过搭建半物理仿真平台,模拟平台在海流大小不同且方向相同、以及海流大小相同且方向不同时的动力定位过程,结果表明:平台可在海流干扰下完成动力定位且启动快速、定位准确、控制稳定性好.最后通过设计水池试验验证海洋观测平台在静水和海流干扰下的位置控制和艏向控制性能,结果显示海洋观测平台能在期望精度内完成动力定位.发现平台对转艏力矩较为敏感,因平台为回转体形状,在单独控制艏向时,只需较小的推力即可完成定位并且不会对位置控制产生明显的影响;而在进行位置控制时,因为海流和形状的影响,平台需要输出较大的推力.后者情况下,推进器一旦出现推力输出不协调,产生的附加转艏力矩将会对艏向控制产生不可忽视的影响. 展开更多
关键词 动力定位 海洋观测平台 海流干扰 半物理仿真 推力分配
AUV归航和坐落式对接的半物理仿真
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作者 李晔 何佳雨 +1 位作者 安力 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期119-128,共10页
为解决现有仿真系统忽略海流干扰,不能直观反映模型实时运动状态的问题,设计了一套以3维视景方式呈现的半物理仿真系统,以直观地反映归航过程中、以及以类似直升机坐落方式进行对接回收的过程中AUV(自主式水下机器人)的运动状态.利用Mul... 为解决现有仿真系统忽略海流干扰,不能直观反映模型实时运动状态的问题,设计了一套以3维视景方式呈现的半物理仿真系统,以直观地反映归航过程中、以及以类似直升机坐落方式进行对接回收的过程中AUV(自主式水下机器人)的运动状态.利用Multigen Creator软件对AUV和水下地形环境建模,通过Visual C++调用Vega的仿真界面库实现视景仿真;运动控制部分基于B样条理论设计归航时的全局路径规划方法,通过遗传算法搜索满足欠驱动约束的全局路径;利用制导控制和执行控制分层结构设计路径跟踪控制器,其中PID(比例-积分-微分)制导律能依据海流信息自适应调整参考姿态角,S面控制律能针对状态信息和参考姿态角实现稳定、快速、准确的响应.基于试验平台,模拟了AUV从释放位置出发、跟踪所计算出的全局路径从而完成自主归航最终实现坐落式对接的全过程.结果表明:海流在归航阶段对AUV的归航路径跟踪偏差量影响较小,在坐落式对接阶段当海流与AUV艏向相对角度较大时其影响较大,甚至使回收失败.所设计的半物理仿真系统可在海流影响下规划合理的AUV归航路径以完成回收,并实时直观地反映整个过程. 展开更多
关键词 自主式水下机器人 半物理仿真 路径规划 水下回收
考虑几何约束的AUV回收路径规划 被引量:5
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作者 李晔 +2 位作者 张国成 李一鸣 陈鹏云 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期478-485,共8页
结合3次B样条的曲率连续特性和遗传算法的全局搜索特性,提出了一种适合欠驱动AUV(自治水下机器人)的回收路径规划方法。算法给出连接始末位置的光滑3维路径,适用于AUV回收的归航阶段,能够保证AUV以合适的姿态进行后续的导引对接。... 结合3次B样条的曲率连续特性和遗传算法的全局搜索特性,提出了一种适合欠驱动AUV(自治水下机器人)的回收路径规划方法。算法给出连接始末位置的光滑3维路径,适用于AUV回收的归航阶段,能够保证AUV以合适的姿态进行后续的导引对接。首先,分析了AUV的欠驱动特性带来的几何约束问题,包括任务终端约束和运动约束。其次,根据B样条曲线的特性确定通过选取控制点序列来给出3维路径曲线的思路。第一步采用样板的方式确定一部分控制点使曲线满足终端约束条件,第二步将AUV的回转和升沉运动约束写入遗传算法,通过对解空间的启发式自适应搜索确定中间控制点,两部分控制点所决定的曲线满足所有的几何约束条件。最后,针对路径的生成和跟踪,设计了半物理动力学仿真试验,从几何的角度对比AUV航迹和路径。结果显示,路径与AUV的运动能力具有很好的匹配特性,能够保证跟踪结束时AUV的位置和姿态满足导引对接阶段的要求。 展开更多
关键词 路径规划 欠驱动AUV 水下回收 遗传算法 B样条
Intelligent PID guidance control for AUV path tracking 预览
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作者 李晔 +2 位作者 王磊峰 曹建 张国成 《中南大学学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期3440-3449,共10页
Based on rational behavior model of three layers, a tracking control system is designed for straight line tracking which is commonly used in underwater survey missions. An intelligent PID control law implemented as pl... Based on rational behavior model of three layers, a tracking control system is designed for straight line tracking which is commonly used in underwater survey missions. An intelligent PID control law implemented as planning level during the control system using transverse deviation is came up with. Continuous tracking of path expressed by a point sequence can be realized by the law. Firstly, a path tracking control system based on rational behavior model of three layers is designed, mainly satisfying the needs of underactuated AUV. Since there is no need to perform spatially coupled maneuvers, the 3D path tracking control is decoupled into planar 2D path tracking and depth or height tracking separately. Secondly, planar path tracking controller is introduced. For the reason that more attention is paid to comparing with vertical position control, transverse deviation in analytical form is derived. According to the Lyapunov direct theory, control law is designed using discrete PID algorithm whose parameters obey adaptive fuzzy adjustment. Reference heading angle is given as an output of the guidance controller conducted by lateral deviation together with its derivative. For the purpose of improving control quality and facilitating parameter modifying, data normalize modules based on Sigmoid function are applied to input-output data manipulation. Lastly, a sequence of experiments was carried out successfully, including tests in Longfeng lake and at the Yellow sea. In most challenging sea conditions, tracking errors of straight line are below 2 m in general. The results show that AUV is able to compensate the disturbance brought by sea current. The provided test results demonstrate that the designed guidance controller guarantees stably and accurately straight route tracking. Besides, the proposed control system is accessible for continuous comb-shaped path tracking in region searching. 展开更多
关键词 智能PID控制 路径跟踪控制 AUV 跟踪控制系统 控制律设计 跟踪控制器 水下机器人 横向偏差
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Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV 预览 被引量:1
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作者 陈鹏云 李晔 +2 位作者 苏玉民 陈小龙 《中国海洋工程:英文版》 SCIE EI CSCD 2015年第6期859-874,共16页
完成精确的放自治在水下车辆,一适当在水下为在水下的匹配地面的放的地面数据库存储格式作为在水下用多横梁数据被建立 terrainmatching 数据。一在水下基于部分 Brownian,运动为正常地面插值的缺点被建议的地面插值错误赔偿方法,并... 完成精确的放自治在水下车辆,一适当在水下为在水下的匹配地面的放的地面数据库存储格式作为在水下用多横梁数据被建立 terrainmatching 数据。一在水下基于部分 Brownian,运动为正常地面插值的缺点被建议的地面插值错误赔偿方法,并且一在水下的匹配地面的放基于最少的广场,评价(LSE ) 为地志的特征的关联分析被建议的方法。菲希尔方法为出现在一个地志的特征平面区域的假本地化作为一个第二等的标准被介绍,有效地减少假放的影响指在匹配精确性并且改进地面平面区域的放的精确性上。模拟基于电子图表和一个惯性的航行系统的飘移错误能有效地被改正的多横梁海试用数据表演试验使用建议方法。放的精确性和实物高,令人满意在水下的精确的放的要求。 展开更多
关键词 最小二乘估计 水下地形 定位方法 AUV 自主水下航行器 误差补偿方法 分数布朗运动 惯性导航系统
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一种基于电子海图的欠驱动AUV区域搜索方案 被引量:5
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作者 李晔 +3 位作者 张国成 黄蜀玲 李一鸣 陈鹏云 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期609-618,共10页
针对环境(主要指边界信息)已知的区域搜索任务,设计了适用于欠驱动AUV(autonomous underwater vehicle)的区域搜索方案,能在极少量人工参与的情况下在任务区域的电子海图基础上实现环境模型建立进而规划出全局路径,由AUV自主地完成... 针对环境(主要指边界信息)已知的区域搜索任务,设计了适用于欠驱动AUV(autonomous underwater vehicle)的区域搜索方案,能在极少量人工参与的情况下在任务区域的电子海图基础上实现环境模型建立进而规划出全局路径,由AUV自主地完成对路径和地形的自主跟踪,从而实施诸如地理信息采集或物体探测等作业任务.首先,路径规划方法能在给定任务参数的基础上自主地对电子海图进行处理形成环境模型并据此给出2维梳状全局路径,即使区域的几何形状为复杂的凹多边形也能给出合理结果;其次,自主跟踪采用解耦的控制方法,即分别对纵向速度、艏向和深度进行控制,使得AUV能同步地完成对水平面路径和对海底地形的跟踪.提出了一种基于Sigmoid函数的路径跟踪制导控制方法,控制器以AUV的当前艏向及其与路径的横向距离偏差作为输入,经过计算输出参考艏向角;将具有良好鲁棒性的非线性自适应S面控制算法融入执行层的控制,在加速了系统响应的同时减小了超调从而提升了控制效果;最后,跟踪仿真试验的结果显示AUV在水平面对梳状路径的跟踪误差在给定路径规划重叠率参数的前提下能保证AUV对区域扫描的全覆盖,在垂直面对地形高度的跟踪误差符合传感器对距离的要求.全局路径规划方法的可行性在介绍算法的同时结合算例得以验证,跟踪仿真试验也说明自主跟踪控制器能较好地同时跟踪梳状路径和变化的地形. 展开更多
关键词 区域搜索 电子海图 欠驱动AUV 路径规划 跟踪控制
Inverse speed analysis and low speed control of underwater vehicle 预览
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作者 李晔 +2 位作者 马珊 陈鹏云 李一鸣 《中南大学学报:英文版》 SCIE EI CAS 2014年第7期2652-2659,共8页
反的速度是可逆演习。它是一个特征在水下以低速度的车辆。在以比反的速度低的速度的垂直飞机的可操作性与以更高的速度的不同。在为观察的在水下的工作的过程, AUV 巡航速度总是是低的。因此,关于反的速度的研究对 AUV 可操作性重要... 反的速度是可逆演习。它是一个特征在水下以低速度的车辆。在以比反的速度低的速度的垂直飞机的可操作性与以更高的速度的不同。在为观察的在水下的工作的过程, AUV 巡航速度总是是低的。因此,关于反的速度的研究对 AUV 可操作性重要。反的速度的机制被分析,然后稳定的投球方程被导出。在垂直飞机的磁道角度的参数表达式被推出。而且,计算反的速度的公式被获得。扁平的身体和转的身体的典型反的速度现象被分析。然后,结论描绘那,为有扁平的身体的特别 AUV,它的反的速度比转的低身体。在所有计算和分析以后,反的速度的一系列特殊实验在模拟节目被执行,在坦克并且在海试用。 展开更多
关键词 速度分析 水下航行器 控制 低速 车辆 水下机器人 水下作业 巡航速度
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