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自治水下机器人全自由度仿真 被引量:11
1
作者 陈洪海 李一平 《控制工程》 CSCD 2002年第6期72-74,81,共4页
由于自治水下机器人技术的复杂性 ,系统仿真技术变得越来越重要。系统地分析了自治水下机器人 (AUV ,AutonomousUnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程 ,运用MATLAB下的SIMULINK ,设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱 ,包... 由于自治水下机器人技术的复杂性 ,系统仿真技术变得越来越重要。系统地分析了自治水下机器人 (AUV ,AutonomousUnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程 ,运用MATLAB下的SIMULINK ,设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱 ,包括机器人本体运动、位姿求解和坐标系转换等多个部分 ,可以方便地进行控制方法的全自由度的仿真。 展开更多
关键词 自治水下机器人 全自由度仿真 控制方法 系统仿真 数学模型
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多AUV队形控制的新方法 被引量:7
2
作者 吴小平 冯正平 朱继懋 《舰船科学技术》 北大核心 2008年第2期128-134,共7页
基于机器人队形控制中的领航者-跟随者方法(Leader-Follower Method)和基于行为方法(Behavior-based Method),提出了一种用于多自治水下机器人(AUV)队形控制的新方法。该方法以领航者来确定整个AUV编队的前进状态,跟随者时刻跟随领航者... 基于机器人队形控制中的领航者-跟随者方法(Leader-Follower Method)和基于行为方法(Behavior-based Method),提出了一种用于多自治水下机器人(AUV)队形控制的新方法。该方法以领航者来确定整个AUV编队的前进状态,跟随者时刻跟随领航者以保持一定的队形形状。同时,领航者和跟随者都被赋予一定的行为特性以实现奔向目标、队形维持、队形转换及障碍避碰等功能。考虑到领航者在行进过程中有可能会发生意外而导致任务失败,本方法设定一特殊的跟随者令其作为候选领航者时刻跟随领航者以防万一。分别采用模糊规划器和Line of Sight(LOS)技术来实现AUV编队的障碍避碰和导航。 展开更多
关键词 多AUV 队形控制 LINE of SIGHT
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基于水声通信的多AUV队形控制实现 被引量:6
3
作者 阎述学 李一平 封锡盛 《控制工程》 CSCD 北大核心 2017年第S1期118-122,共5页
在队形控制方法理论研究与仿真验证的基础上,采用稳定水下机器人(AUV)平台,首次开展了基于水声通信的多AUV编队试验。试验中设置不同的航行编队距离参数,取得了良好的编队效果。通过湖上试验验证了所采用的队形控制方法的有效性。从实... 在队形控制方法理论研究与仿真验证的基础上,采用稳定水下机器人(AUV)平台,首次开展了基于水声通信的多AUV编队试验。试验中设置不同的航行编队距离参数,取得了良好的编队效果。通过湖上试验验证了所采用的队形控制方法的有效性。从实际应用的角度结合试验结果分析了基于水声通信的多AUV队形控制存在的问题和难点,对实际试验效果与仿真结果的差异给出了解释,并提出了下一步试验的改进方法与注意事项。 展开更多
关键词 多AUV 队形控制 水声通信 编队试验
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Three-Dimensional Trajectory Tracking Control of Underactuated Autonomous Underwater Vehicles with Input Saturation 被引量:3
4
作者 HUANG Hantao ZHOU Jingye +2 位作者 DI Qing ZHOU Jiawei LI Jiawang 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2020年第4期470-477,共8页
This paper addresses a three-dimensional(3D)trajectory tracking problem of underactuated autonomous underwater vehicles(AUVs)subjected to input saturation and external disturbances.The proposed controller can achieve ... This paper addresses a three-dimensional(3D)trajectory tracking problem of underactuated autonomous underwater vehicles(AUVs)subjected to input saturation and external disturbances.The proposed controller can achieve practical convergence of tracking errors for general reference trajectories,including persistently exciting(PE)time varying trajectories and fixed points.At first,a modified error state formulation is introduced to tackle the situation that desired velocities do not satisfy PE condition.Then,on the basis of the backstepping technique and a Nussbaum-type even function,a saturated controller is designed so that the tracking errors can converge to a bounded neighborhood of the origin.The stability analysis based on Lyapunov theory shows that the tracking errors are globally ultimately uniformly bounded.Finally,some simulation results illustrate the effectiveness and robustness of the proposed control strategy. 展开更多
关键词 underactuated autonomous underwater vehicles(auvs) trajectory tracking control stabilization control input saturation Nussbaum-type function
原文传递
多AUV覆盖控制研究 被引量:2
5
作者 吴小平 冯正平 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期118-127,共10页
本文设计了一种多自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,简称AUV)分布式覆盖控制算法。算法定义了一个位置优化函数以描述覆盖控制的质量,覆盖控制目标就是使此函数值最小化,从而使一群能够相互通信的AUV最终形成质心Voronoi... 本文设计了一种多自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,简称AUV)分布式覆盖控制算法。算法定义了一个位置优化函数以描述覆盖控制的质量,覆盖控制目标就是使此函数值最小化,从而使一群能够相互通信的AUV最终形成质心Voronoi分布来对预定的区域进行调查。对于非均匀分布区域,本文采用蒙特卡罗法来计算多边形区域的质心。数值仿真结果表明,无论对于均匀或是非均匀密度分布,覆盖控制算法都能取得满意的效果。 展开更多
关键词 多AUV 质心Voronoi划分(CVT) 覆盖控制 MONTE Carlo法 VORONOI划分
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基于测距的多AUV编队控制方法研究 被引量:1
6
作者 李冠男 徐红丽 林扬 《海洋技术学报》 2015年第6期23-32,共10页
针对基于测距的多AUV编队控制问题,提出两种根据测距信息完成编队的控制策略。一种策略将编队视为有阻尼的弹簧质量块模型,模拟其振动过程得到控制规则。该方法的参数均有特定物理意义。分析了参数变化对编队性能的影响,并根据粘滞阻尼... 针对基于测距的多AUV编队控制问题,提出两种根据测距信息完成编队的控制策略。一种策略将编队视为有阻尼的弹簧质量块模型,模拟其振动过程得到控制规则。该方法的参数均有特定物理意义。分析了参数变化对编队性能的影响,并根据粘滞阻尼振荡模型给出了参数选择方法。另一种策略建立编队形成的目标函数,分析了该目标函数收敛的充分条件,据此给出控制规则。分别针对上述两种方法给出了方向信息和距离信息的实时估计方法,并从理论上说明了这两种方法容许方向信息有一定偏差。最后通过实验对两种方法进行了验证。 展开更多
关键词 多AUV系统 编队控制 领航者-跟随者结构 粘滞阻尼振荡模型
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基于盲区概念减少通信量的多AUV编队控制
7
作者 周添 康凤举 《兵工自动化》 2011年第9期61-64,共4页
针对在水下复杂环境中编队控制多AUV协作的问题,设计一种使用人工势场和虚拟领航者并引入盲区设计的多AUV分布式协作控制方法。介绍一种用于AUV集群在无障碍条件下的形成期望编队的反馈控制规律,详细分析了基于虚拟领航者和盲区概念以... 针对在水下复杂环境中编队控制多AUV协作的问题,设计一种使用人工势场和虚拟领航者并引入盲区设计的多AUV分布式协作控制方法。介绍一种用于AUV集群在无障碍条件下的形成期望编队的反馈控制规律,详细分析了基于虚拟领航者和盲区概念以减少通信量的控制规则,建立了AUV编队的数学模型,通过反馈控制完成AUV集群的预定编队,在无障碍环境下达成一种能减少通信量的AUV编队的协调与控制。仿真实验结果验证了该编队控制律的有效性。 展开更多
关键词 多AUV 编队控制 盲区 减少通信
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A Practical Specialization of MDA/MBSE Approach to Develop AUV Controllers
8
作者 Ngo Van Hien Pham Gia Diem 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2021年第1期102-116,共15页
The model-driven architecture(MDA)/model-based systems engineering(MBSE)approach,in combination with the real-time Unified Modeling Language(UML)/Systems Modeling Language(SysML),unscented Kalman filter(UKF)algorithm,... The model-driven architecture(MDA)/model-based systems engineering(MBSE)approach,in combination with the real-time Unified Modeling Language(UML)/Systems Modeling Language(SysML),unscented Kalman filter(UKF)algorithm,and hybrid automata,are specialized to conveniently analyze,design,and implement controllers of autonomous underwater vehicles(AUVs).The dynamics and control structure of AUVs are adapted and integrated with the specialized features of the MDA/MBSE approach as follows.The computation-independent model is defined by the specification of a use case model together with the UKF algorithm and hybrid automata and is used in intensive requirement analysis.The platform-independent model(PIM)is then built by specializing the real-time UML/SysML’s features,such as the main control capsules and their dynamic evolutions,which reflect the structures and behaviors of controllers.The detailed PIM is subsequently converted into the platform-specific model by using open-source platforms to quickly implement and deploy AUV controllers.The study ends with a trial trip and deployment results for a planar trajectory-tracking controller of a miniature AUV with a torpedo shape. 展开更多
关键词 Autonomous underwater vehicles(auvs) AUV control Model-based mechatronic system design Unscented Kalman filter(UKF) Hybrid automata Real-time UML/SysML MDA/MBSE
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国外自治水下机器人发展现状综述 被引量:55
9
作者 冯正平 《鱼雷技术》 2005年第1期5-9,共5页
从上世纪90年代中期以来, 自主式水下航行器(AUV) 在海洋科学调查以及军事领域得到越来越广泛的应用。本文阐述了现阶段国外AUV的发展现状, 首先介绍了它在水雷搜索、冰下探测以及水下作业中的最新应用, 接着对AUV的能源、水下承压与密... 从上世纪90年代中期以来, 自主式水下航行器(AUV) 在海洋科学调查以及军事领域得到越来越广泛的应用。本文阐述了现阶段国外AUV的发展现状, 首先介绍了它在水雷搜索、冰下探测以及水下作业中的最新应用, 接着对AUV的能源、水下承压与密封以及控制与导航等技术现状进行了概括。 展开更多
关键词 自治水下机器人 冰TNN 水下密封 导航 控制
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Fixed-time Sliding Mode Formation Control of AUVs Based on a Disturbance Observer 被引量:30
10
作者 Zhenyu Gao Ge Guo 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 EI CSCD 2020年第2期539-545,共7页
In this paper,we investigate formation tracking control of autonomous underwater vehicles(AUVs)with model parameter uncertainties and external disturbances.The external disturbances due to the wind,waves,and ocean cur... In this paper,we investigate formation tracking control of autonomous underwater vehicles(AUVs)with model parameter uncertainties and external disturbances.The external disturbances due to the wind,waves,and ocean currents are combined with the model parameter uncertainties as a compound disturbance.Then a disturbance observer(DO)is introduced to estimate the compound disturbance,which can be achieved within a finite time independent of the initial estimation error.Based on a DO,a novel fixed-time sliding control scheme is developed,by which the follower vehicle can track the leader vehicle with all the states globally stabilized within a given settling time.The effectiveness and performance of the method are demonstrated by numerical simulations. 展开更多
关键词 Autonomous underwater vehicles(auvs) disturbance observer(DO) sliding mode control formation control
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基于扰动观测器的AUVs固定时间编队控制 被引量:15
11
作者 高振宇 郭戈 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1094-1102,共9页
考虑含有模型参数不确定及未知海洋扰动的多AUVs协同编队问题,本文提出一种新的控制方法,该方法可保证编队在固定时间内实现.首先,将模型参数不确定及海洋扰动看作复合扰动,设计扰动观测器,实现固定时间内对扰动的精确估计.基于扰动观测... 考虑含有模型参数不确定及未知海洋扰动的多AUVs协同编队问题,本文提出一种新的控制方法,该方法可保证编队在固定时间内实现.首先,将模型参数不确定及海洋扰动看作复合扰动,设计扰动观测器,实现固定时间内对扰动的精确估计.基于扰动观测器,指令滤波技术、固定时间理论及虚拟轨迹概念,设计编队控制律,实现编队目标,并保证闭环系统中的所有信号是全局固定时间稳定的.最后通过两艘AUV的编队仿真验证了所提算法的有效性. 展开更多
关键词 扰动观测器 编队控制 auvs 固定时间控制 虚拟轨迹
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欠驱动AUV自适应编队控制策略 被引量:8
12
作者 黄海 张强 +2 位作者 张树迪 万磊 庞永杰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期633-637,643,共6页
针对欠驱动AUV的编队问题,提出了基于柱坐标系的AUV运动学模型,以建立多AUV的期望编队区域和编队的人工势场函数。根据AUV的动力学模型建立多AUV自适应编队控制策略,并使用李雅普诺夫函数加以证明。在多AUV编队的仿真中,建立了3个欠驱动... 针对欠驱动AUV的编队问题,提出了基于柱坐标系的AUV运动学模型,以建立多AUV的期望编队区域和编队的人工势场函数。根据AUV的动力学模型建立多AUV自适应编队控制策略,并使用李雅普诺夫函数加以证明。在多AUV编队的仿真中,建立了3个欠驱动AUV编队的仿真平台,分析了欠驱动AUV在编队过程的特点,通过结合使用人工势场能函数,使领航员AUV在完成空间折线和螺旋线路径跟随同时,实现了跟随中多AUV的编队和队形保持,并使AUV之间的相对距离误差逐渐趋于零并保持稳定,从而证明了自适应编队控制策略,对欠驱动AUV编队的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 自适应控制 水下机器人 欠驱动 自主式水下机器人 主从编队 编队控制
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基于DEMATEL-ANP的回溯容错控制
13
作者 王康宇 李建宁 +2 位作者 陈扬杰 张帆 熊举 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1853-1862,共10页
本文针对一类具有拓扑结构切换、时变时延及执行器故障的多水下机器人系统,开展了一类基于决策实验室–网络层次分析法(DEMATEL-ANP)的回溯容错控制方法研究.首先,利用故障历史信息,结合DEMATEL-ANP溯源故障分布特性,提出溯源故障分布因... 本文针对一类具有拓扑结构切换、时变时延及执行器故障的多水下机器人系统,开展了一类基于决策实验室–网络层次分析法(DEMATEL-ANP)的回溯容错控制方法研究.首先,利用故障历史信息,结合DEMATEL-ANP溯源故障分布特性,提出溯源故障分布因子,基于此构造了一类满足分布特性随机故障模型.其次,将拓扑结构切换问题转化为一类拓扑结构不确定性问题,结合所提随机故障模型,构造Lyapunov-Krasovskii函数,得到回溯容错控制器的设计方法,实现了拓扑结构切换下故障多水下机器人系统的容错一致性.最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性. 展开更多
关键词 多水下机器人系统 DEMATEL-ANP方法 容错控制 时变时延 切换拓扑
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不同时变延迟下的多AUV编队协调控制 被引量:3
14
作者 唐会林 周佳加 +1 位作者 何东旭 赵俊鹏 《计算机测量与控制》 2017年第8期88-92,共5页
针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法;首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双... 针对无领航者AUV编队协调控制问题,提出了一种不同时变通信延迟下的一致性协调控制方法;首先考虑到AUV之间水下通信存在时间延迟和数据丢失的问题,利用状态反馈线性化理论处理AUV数学模型中的非线性耦合项,从而将复杂的AUV模型转换为双积分器动态模型;其次,针对不同延迟通信情况,设计了位置和速度双独立的拓扑结构以减少编队成员之间发送每个数据包中的数据量;最后,提出了无领航者的多AUV稳定条件,进而将多AUV编队控制问题看作是一致性问题,基于Laypunov-Razumikhin定理证明时延多AUV编队系统的稳定性;该控制方法不仅能够克服不同时变延迟和数据丢失对编队的影响,使所有以随机位置和速度出发的AUV的三维轨迹均能达到一致状态,同时能抑制外界干扰;仿真结果与所提控制方法理论结果一致。 展开更多
关键词 多自主水下航行器 时变延迟 编队协调控制 一致性理论
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自主水下航行器事件触发自适应神经渐近深度跟踪控制
15
作者 唐思星 邓英杰 赵运利 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期57-64,共8页
针对自主水下航行器(AUVs)在未知模型动力学和环境干扰作用下的高精度深度跟踪控制问题,设计一种事件触发自适应神经渐近跟踪控制器。采用径向基神经网络(RBF NNs)逼近模型中的非线性不确定项,将积分有界函数融入控制律和自适应律中,以... 针对自主水下航行器(AUVs)在未知模型动力学和环境干扰作用下的高精度深度跟踪控制问题,设计一种事件触发自适应神经渐近跟踪控制器。采用径向基神经网络(RBF NNs)逼近模型中的非线性不确定项,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近收敛;采用最小学习参数(MLPs)技术压缩神经网络权重,构造单参数自适应律;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“Zeno”现象;应用径向基函数的不等式关系,解决“代数环”问题;采用Laypunov直接法和Barbalat引理对闭环系统的稳定性进行分析,证明跟踪误差的渐近收敛。仿真试验验证本文控制策略可实现高精度深度跟踪。 展开更多
关键词 自主水下航行器(auvs) 深度跟踪控制 渐近跟踪控制 最小学习参数(MLPs) 事件触发控制(ETC)
原文传递
同优先级的多水下机器人避碰控制
16
作者 李晔 庞永杰 由光鑫 《应用科技》 CAS 2004年第12期31-34,共4页
根据智能水下机器人(AUV)水下通讯相对困难的特点,在改进势力场法避障的基础上,实现了单机器人的避碰控制.在机器人群体间隐式通讯条件下,应用危险阈值和智能传感器的方法,成功地解决了优先级相同的多水下机器人编队航行过程中的避碰避... 根据智能水下机器人(AUV)水下通讯相对困难的特点,在改进势力场法避障的基础上,实现了单机器人的避碰控制.在机器人群体间隐式通讯条件下,应用危险阈值和智能传感器的方法,成功地解决了优先级相同的多水下机器人编队航行过程中的避碰避障问题,并在仿真环境下验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 同优先级 多水下机器人 避碰控制
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基于自适应神经网络的AUVs路径跟踪控制 被引量:2
17
作者 王影 《测控技术》 CSCD 2015年第4期89-92,96,共5页
为解决由于随时间变化水动力阻尼引起的参数变化和不确定性的问题,提出了基于径向基函数神经网络的未知评估算法,引入自适应算法以保证神经网络权值的最优评估。基于Lyapunov稳定性理论,设计一种自适应神经网络控制器以保证路径跟踪系... 为解决由于随时间变化水动力阻尼引起的参数变化和不确定性的问题,提出了基于径向基函数神经网络的未知评估算法,引入自适应算法以保证神经网络权值的最优评估。基于Lyapunov稳定性理论,设计一种自适应神经网络控制器以保证路径跟踪系统中所有误差状态都趋于稳定。为了验证该控制器的可行性,对系统施加如位置误差、方向误差等虚拟干扰,证明该控制器可将误差消减为零。另一方面,机器人在以恒定的速度行驶时,每个航点被指定一个适合半径的圆弧可以保证其有较高的精度。为了评估路径跟踪控制器的性能,提出直线型和直线加圆弧型路径方案。仿真结果表明,该控制器可以有效地消除机器人非线性和模型不确定性造成的干扰。 展开更多
关键词 自制水下机器人 路径跟踪 自适应神经网络 方向控制
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Underwater Localization for Multiple AUVs Based on Bearing and Range Measurements
18
作者 李闻白 刘明雍 郭千桥 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS 2009年第4期267-272,共6页
A novel underwater localization algorithm for autonomous underwater vehicle(AUVs) is proposed. Taking aim at the high cost of the traditional "leader-follower" positioning,a "parallel" model is ado... A novel underwater localization algorithm for autonomous underwater vehicle(AUVs) is proposed. Taking aim at the high cost of the traditional "leader-follower" positioning,a "parallel" model is adopted to describe the localization problem. Under an unknown-but-bounded assumption for sensor noise,bearing and range measurements can be modeled as linear constraints on the configuration space of the AUVs. Merged these constraints,a convex polyhedron representing the set of all configurations consistent with the sensor measurements can be induced. Estimates for the uncertainty in the position of a single AUV or the relative positions of two or more AUVs can then be obtained by projecting this polyhedron into appropriate subspaces of the configuration space. The localization uncertain region for each AUV can be recovered by an approximation algorithm to realize underwater localization for multiple AUVs. The deduced theoretically and the simulated results show that it is an economical and practical localization method for the AUV swarm. 展开更多
关键词 automatic control technology multiple auvs underwater localization approximation algorithm uncertain region
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风扰动下空投型AUV的飞行姿态控制研究
19
作者 赵凤烨 冯正平 《装备制造技术》 2021年第1期34-39,共6页
空投型水下机器人(AUVs)在空中的运动特性是其概念设计阶段的重要依据及理论基础。以空投型AUV作为研究对象,建立AUV/减速伞系统的九自由度模型,并设计AUV飞行姿态控制器令其以期望姿态入水。在建模过程中应用Missile Datcom软件实现对... 空投型水下机器人(AUVs)在空中的运动特性是其概念设计阶段的重要依据及理论基础。以空投型AUV作为研究对象,建立AUV/减速伞系统的九自由度模型,并设计AUV飞行姿态控制器令其以期望姿态入水。在建模过程中应用Missile Datcom软件实现对AUV本体气动力参数的估算,并基于软件计算结果对计算过程进行简化、验证。最终完成在风扰动下AUV/减速伞系统的飞行姿态仿真分析,结果表明设计的鲁棒性控制器可以保证AUV以接近期望姿态入水。 展开更多
关键词 空投型AUV 姿态控制 气动力参数 风扰动
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