水下自主航行器回坞控制和仿真的研究

小型水下自航行器动力学建模与控制随着无人机技术的快速发展，水下自主航行器已经成为了海洋采样、水下勘探和海底修复等领域的重要工具。

然而，水下环境的特殊性质带来了水下自主航行器设计和控制方面的特殊挑战。

本文将介绍小型水下自航行器的动力学建模和控制策略。

动力学建模小型水下自航行器通常由四个关节驱动器驱动，分别控制航向和俯仰。

考虑到水下环境中流体阻尼的影响，可以将水下自航行器的动力学建模为以下状态方程：$$M\dot{v} + C(v) v + D(v)v + g(\xi) + g_b = f$$其中，$M$为质量矩阵，$\dot{v}$为加速度，$C(v)$表示水阻阻力和海洋涡流阻力矩阵，$D(v)$表示附加质量影响矩阵，$g(\xi)$表示重力和仰角作用，$g_b$表示浮力作用，$f$为推力。

控制策略为了使水下自航行器能够自主控制，需要设计一种有效的控制策略。

传统的PID控制器可以在水下环境中使用，但由于水下环境中流体的阻尼作用，PID控制器的效果可能不如在空气中控制的那么好。

因此，我们可以使用模型预测控制器（MPC）等高级控制算法。

模型预测控制器是一种最优控制方法，通过对未来时间步的预测模型进行优化，选择最优控制输入。

基于MPC控制器，可以设计出以下控制策略：$$f = f_{ss} + K_p(v - v_{ss}) + K_d(\dot{v} - \dot{v}_{ss}) + K_i \int_0^t (v - v_{ss}) dt + f_{mpc}$$其中，$f$为推力，$f_{ss}$为稳态推力，$K_p$、$K_d$和$K_i$为控制器增益。

$v_{ss}$和$\dot{v}_{ss}$为目标状态的速度和加速度。

$f_{mpc}$表示MPC算法输出的控制输入。

总之，本文介绍了小型水下自航行器的动力学建模和控制策略。

采用MPC等高级控制算法，可以使得水下自航行器的控制效果更好。

在未来，随着技术的不断发展，水下自航行器将会得到广泛的应用。

智能自主式水下航行器技术发展研究
侯海平;付春龙;赵楠;王达;邵浩
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2022(44)1
【摘要】自主式水下航行器(AUV)具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点,被广泛应用于民用、军用和商用等领域。

智能化是目前AUV技术的研究热点,智能AUV具有更先进的"智能"技术,能够极大地拓展海上无人装备的任务范围,提高作业能力。

结合典型智能AUV设备,对近年来智能AUV的发展现状进行阐述,对智能AUV的关键技术以及未来发展情况进行详细分析,研究成果对开展智能AUV设备技术研究和发展具有一定借鉴意义。

【总页数】5页(P86-90)
【作者】侯海平;付春龙;赵楠;王达;邵浩
【作者单位】中国人民解放军91039部队;中国船舶集团有限公司第七一四研究所【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.基于扩展Kalman滤波的单领航者自主水下航行器协同导航判别式训练方法研究
2.自主式水下航行器载荷分离运动仿真研究
3.多自主式水下航行器协同控制的人工物理法研究
4.编队式自主水下航行器无碰协调控制技术研究
5.X舵自主式水下航行器抗横滚控制研究与操纵性试验
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一种自主水下航行器四通道耦合控制方法近年来，随着科技的不断进步，水下航行器被广泛应用于海洋探测、海洋资源开发等领域。

为了实现水下航行器的精确控制，提高其航行性能，研究人员提出了一种自主水下航行器四通道耦合控制方法。

水下航行器的四通道包括前进、横移、上升和下沉。

在传统的控制方法中，通常是对这四个通道进行独立控制，忽略了它们之间的相互影响。

然而，由于水下环境的特殊性，水下航行器的四个通道之间存在耦合关系，如果忽略这种耦合关系，将会导致控制系统不稳定或者航行性能下降。

为了解决这个问题，研究人员提出了一种自主水下航行器四通道耦合控制方法。

该方法首先建立了水下航行器的非线性动力学模型，考虑到了四个通道之间的耦合关系。

然后，采用了模糊控制算法进行系统设计。

在这种控制方法中，首先设计了模糊控制器的输入和输出变量。

输入变量包括航向角、纵倾角、横滚角和速度等参数，输出变量包括前进速度、横移速度、上升速度和下沉速度等参数。

然后，根据系统的要求和约束条件，设计了模糊规则库，包括模糊规则的条件和结论。

模糊规则库通过模糊推理的方法，根据输入变量的模糊集和模糊规则的权重，计算出输出变量的模糊集。

最后，将模糊集转化为具体的控制指令，通过控制执行器控制水下航行器的运动。

通过模糊控制算法，可以实现水下航行器四通道之间的耦合控制。

与传统的控制方法相比，该方法可以更好地适应复杂的水下环境，提高航行器的控制精度和鲁棒性。

此外，该方法还可以通过更新模糊规则库来优化控制性能，适应不同的工作任务和海洋条件。

总结起来，自主水下航行器四通道耦合控制方法是一种可以有效提高水下航行器航行性能的控制方法。

通过模糊控制算法，可以精确控制水下航行器的四个通道，充分利用它们之间的耦合关系，实现更好的动态控制和路径跟踪。

同时，该方法还具有较高的鲁棒性和适应性，能够适应不同的工作环境和任务需求。

未来，研究人员可以进一步探索和改进这种控制方法，提高水下航行器的智能化水平，推动水下航行器技术的发展。

潜艇应急操纵挽回方式控制效果的仿真分析随着现代潜艇技术的不断发展，潜艇已成为制约国家安全和海上战略的利器。

而在潜艇的实际使用过程中，极端情况的出现时常不可避免。

一旦潜艇发生紧急情况，操纵挽回的方式就显得尤为重要，而此时潜艇应急操纵挽回方式的控制效果便成为了一个非常关键的问题。

本文将通过对潜艇应急操纵挽回方式的仿真分析，来探究其控制效果。

潜艇应急操纵挽回方式主要包括安全控制方式和手动控制方式两种。

在潜艇运营阶段，常常通过安全控制方式对潜艇的各项性能进行控制和监测，以确保潜艇的稳定、安全和可靠。

而当潜艇遭遇紧急情况时，需要通过手动控制方式进行应急挽回操作，使潜艇尽快恢复稳定状态。

在潜艇应急操纵挽回方式的仿真分析中，我们可以利用MATLAB软件打开相关仿真模型，通过对模型的修改和调整，来模拟潜艇在不同情况下的运动状态，并根据模型输出的数据来评估操纵控制效果的好坏。

首先，我们可以模拟潜艇在初始状态下的运动状态。

通过输入潜艇的初始速度、深度、航向等参数，我们可以得到潜艇在不同深度和航向下的运动状态。

从结果可以看出，潜艇在水下遨游时具有非常优秀的操纵性能，可以依据操作人员的控制指令，非常顺畅地进行各种运动。

接着，我们可以考虑一些突发情况，比如潜艇被异物击中等问题。

在这种情况下，潜艇的深度、速度和姿态等参数都会受到影响，进而使潜艇运动的稳定性出现问题。

在这种情况下，操纵挽回方式的效果就尤为重要了。

通过对潜艇的数字仿真分析，我们可以对应急操作进行模拟，从而预估操作人员的手动控制效果和操纵挽回的效率。

若模型的输出结果表明操纵效果良好，则表示潜艇在遭遇紧急情况时有足够的应变能力和控制手段，能够快速地根据情况做出相应的应急措施，从而使潜艇尽快摆脱困境。

但要注意，尽管数字仿真可以模拟出潜艇在不同情况下的运动状态，但与实际操作还存在一定差距。

在实际操作中，操作人员还需要考虑更多的人为因素，这就需要他们具备较高的操作技能和应变能力。

矢量推进自主水下航行器动力学建模及仿真王玉;林秀桃;宋诗军;刘玉红;张宏伟;王树新【摘要】Compared with the autonomous underwatervehicle(AUV)equipped with rudders,the AUV with vectored thruster has better maneuverability at low velocity and can achieve more precise positioning. According to the charac-teristics of the AUV with single vectored thruster,the 6-DOF kinematic model and dynamic model of the AUV are established using Newton-Euler method. In the dynamic model,the thrust force is considered as a function of the rotational speed of the propeller and the tilt angle of the vectored thruster. Dynamic behavior of the AUV with single vectored thruster is simulated using five-level four-order Runge-Kutta method in Matlab. The dynamic model,which lays a strong foundation for designing of the control system,is verified through physical tests in lake.%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。

智能水下航行器动态对接三维视景仿真研究孙叶义，杨文山，周海波(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉 430064)摘要: 视景仿真作为虚拟现实技术的一种，通过将视景仿真技术引入到水下航行器对接领域，可以实现用户对虚拟模型的交互控制，直观地展示智能水下航行器动态对接的过程。

通过Creator软件完成智能水下航行器、母艇与回收装置、海底地形等模块的三维设计，借助Vega软件进行三维场景渲染。

在此基础上，基于所建立的半物理仿真平台，通过在MFC框架下对Vega程序进行二次开发，实现仿真场景的驱动。

最后对智能水下航行器动态回收的过程进行三维场景展示，提高了代入感与真实性，并进一步验证了系统的可靠性。

关键词：视景仿真；水下机器人；对接中图分类号：TP242.6 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2020)12 – 0047 – 05 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2020.12.009Simulation study on dynamic recovery of three-dimensional visual scene ofautonomous underwater vehicleSUN Ye-yi, YANG Wen-shan, ZHOU Hai-bo(Wuhan Second Ship Design and Research Institude, Wuhan 430064, China)Abstract: Visual simulation is a kind of virtual reality technology. By introducing visual simulation technology into the field of underwater vehicle docking, users can realize interactive control over the virtual model and visually display the dy-namic docking process of intelligent underwater vehicle. Firstly, 3D design of intelligent underwater vehicle, mother ship and recovery device, seabed terrain and other modules was completed through Creator software. Then, Vega software is used for 3d scene rendering. On this basis, based on the established semi-physical simulation platform, Vega program is secondary developed under the MFC framework to realize the driving of simulation scene. Finally, the 3D scene display of the dynamic recovery process of the intelligent underwater vehicle can improve the sense and authenticity of substitution, and further veri-fy the reliability of the system.Key words: visual simulation；underwater vehicle；docking0 引　言视景仿真是一门年轻的学科[1 – 2]。