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基于单信标测距的水下导航系统可观测性分析

西北工业大学学报 2011年第1期29卷 87-92页

作者：刘明雍李闻白刘富樯沈超西北工业大学航海学院陕西西安710072

导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维... 详细信息

导航问题是发展自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)所面临的难题之一。针对单信标测距导航方法中的系统可观测性问题,文章通过建立AUV的三维运动学模型,利用线性时变系统的局部可观测性理论得到了导航系统关于AUV三维运动路径的可观测性条件,在此条件下实现了对AUV运动位置的在线估计。仿真结果表明,对于满足导航系统可测观性的运动路径,AUV的位置估计具有良好的收敛性和定位精度。

关键词：可观测性分析自主水下航行器估计卡尔曼滤波时变系统单信标

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水下航行器执行机构的故障诊断与容错控制

控制理论与应用 2014年第9期31卷 1143-1150页

作者：刘富樯徐德民高剑张立川西北工业大学航海学院陕西西安710072

为了解决水下航行器执行机构的故障,提出低依赖性和高普适性的故障诊断与容错控制算法.故障诊断由检测、隔离和辨识3个阶段组成.首先,定义比例式、偏差式和常量式3种故障类型,设计相应故障观测器,在满足指数收敛性的前提下检测出故障.其... 详细信息

为了解决水下航行器执行机构的故障,提出低依赖性和高普适性的故障诊断与容错控制算法.故障诊断由检测、隔离和辨识3个阶段组成.首先,定义比例式、偏差式和常量式3种故障类型,设计相应故障观测器,在满足指数收敛性的前提下检测出故障.其次,基于故障估计与其微分的指数收敛性,建立故障函数,以方差最小为条件隔离出实际故障;然后,联立控制输入方程和故障估计,辨识出故障执行机构.在故障诊断和反馈控制的基础上,通过修正期望控制输入,实现满足闭环稳定性的容错控制.经水下航行器回坞仿真实验验证,所提故障诊断和容错控制算法可行且有效.

关键词：水下航行器故障诊断容错观测器回坞

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自主水下航行器回坞路径规划与跟踪控制

机械科学与技术 2012年第5期31卷 810-813,817页

作者：高剑刘富樯严卫生西北工业大学航海学院西安710072

回坞是指自主水下航行器(AUV)完成任务后返回水下支持平台的过程,是实现AUV自主回收的关键步骤。本文中提出一种基于路径跟踪的AUV回坞控制算法。考虑AUV的机动能力,采用Dubins曲线规划一条连接AUV初始点和回收点的回坞路径,由两段半径... 详细信息

回坞是指自主水下航行器(AUV)完成任务后返回水下支持平台的过程,是实现AUV自主回收的关键步骤。本文中提出一种基于路径跟踪的AUV回坞控制算法。考虑AUV的机动能力,采用Dubins曲线规划一条连接AUV初始点和回收点的回坞路径,由两段半径为AUV最小转弯半径的圆弧和一段直线构成,在起点、终点处分别与AUV初始航向和回收器入口方向相切。设计AUV非线性全局路径跟踪控制,建立以沿路径运动的参考点为原点的Serret-Frenet坐标系,描述路径跟踪误差并建立误差的动态模型,从而克服传统方法的奇异性问题,然后将航向角看作路径跟踪误差的控制输入,设计航向角指令和路径参数的变化率,使路径跟踪误差全局渐近稳定,从而实现AUV对回坞路径的跟踪。仿真结果验证了本文所提出的回坞控制算法的有效性。

关键词：自主水下航行器回坞路径规划 Dubins曲线路径跟踪控制

基于改进连续-离散无迹卡尔曼滤波的水下航行器故障诊断

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西北工业大学学报 2014年第5期32卷 756-760页

作者：徐德民刘富樯张立川崔荣鑫西北工业大学航海学院陕西西安710072

针对连续非线性系统的参数估计问题,提出了改进的连续-离散无迹卡尔曼滤波算法。该算法结合系统状态和参数的估计均值和协方差阵,通过构建控制系统的无迹状态矩阵,并对无迹状态函数积分获得预测无迹状态阵,再经过均值解算和估计更新,获... 详细信息

针对连续非线性系统的参数估计问题,提出了改进的连续-离散无迹卡尔曼滤波算法。该算法结合系统状态和参数的估计均值和协方差阵,通过构建控制系统的无迹状态矩阵,并对无迹状态函数积分获得预测无迹状态阵,再经过均值解算和估计更新,获得参数的估计值。然后,针对水下航行器连续非线性控制系统的故障诊断问题,将水下航行器执行机构的故障,以比例系数和附加参数的形式表达在控制系统的状态空间方程中,通过采用改进的连续-离散无迹卡尔曼滤波算法,估计故障数据,实现执行机构的故障诊断。最后,在水下航行器回坞仿真实验中,采用该算法有效估计出执行机构故障,验证了算法的可行性和有效性。

关键词：水下航行器故障诊断扩展卡尔曼滤波无迹卡尔曼滤波连续-离散无迹卡尔曼滤波

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

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兵工学报 2011年第8期32卷 1002-1007页

作者：李闻白刘明雍张立川刘富樯西北工业大学航海学院陕西西安710072

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... 详细信息

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。

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

旋转型与直线型Delta机器人全空间工作特性研究

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机械传动 2020年第2期44卷 1-8页

作者：于今胡博刘骏豪刘富樯重庆大学机械工程学院重庆400044 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与... 详细信息

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证,可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵,通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性,并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明,在可达空间体积近似的情况下,直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好,而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。

关键词： Delta机器人雅可比矩阵刚度特性灵巧度特性

金属三维点阵结构拓扑构型研究及应用现状综述

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功能材料 2017年第10期48卷 10055-10065页

作者：易长炎柏龙陈晓红刘富樯张俊芳龙樟重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

金属三维点阵结构是一种具有轻质、高比强度、高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料,近年来受到了国内外研究领域及工程技术领域的广泛关注。概述了不同拓扑构型的金属三维点阵结构,包括体心立方结构(BCC)、面心立方结构(FCC)和其衍生... 详细信息

金属三维点阵结构是一种具有轻质、高比强度、高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料,近年来受到了国内外研究领域及工程技术领域的广泛关注。概述了不同拓扑构型的金属三维点阵结构,包括体心立方结构(BCC)、面心立方结构(FCC)和其衍生而来的拓扑结构、金字塔拓扑结构、变密度结构、钢丝绕织结构及几种针对加工限制而提出的拓扑结构,介绍了金属三维点阵结构的应用现状,分析了目前拓扑构型研究及应用研究所存在的问题。并在此基础上,指出金属三维点阵结构研究的发展趋势和可能的研究方向,为金属三维点阵结构及相关研究提供了参考。

关键词：点阵结构点阵材料多孔材料拓扑优化变密度

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无人水下航行器推进器故障定位研究

计算机测量与控制 2016年第12期24卷 41-44页

作者：廖文献黄兴利刘富樯浙江工贸职业技术学院信息传媒学院浙江温州325003 西北工业大学自动化学院西安7100722 重庆大学机械工程学院重庆400044

为保障无人水下航行器(UUV)在复杂海洋环境中航行的安全,降低因推进器故障而可能带来的风险,研究UUV配置多推进器执行使命时,推进器的故障定位问题,已为容错控制提供详细的故障信息,从而提高UUV在面临推进器故障时的容错能力;从UUV的非... 详细信息

为保障无人水下航行器(UUV)在复杂海洋环境中航行的安全,降低因推进器故障而可能带来的风险,研究UUV配置多推进器执行使命时,推进器的故障定位问题,已为容错控制提供详细的故障信息,从而提高UUV在面临推进器故障时的容错能力;从UUV的非线性动力学模型出发,利用线性估计方法获得模型控制输入中的加性故障因子;采用基于几何相关性分析的方法,设计了UUV同一平面内多推进器的故障定位算法,并提出了故障定位约束条件;结合加性故障描述因子与故障定位约束条件,通过故障定位算法获得各推进器的故障情况;通过搭建Simulink仿真实验,对UUV同一平面内多推进器共同执行使命时的故障进行定位分析,准确定位了已发生故障的推进器,验证了所提算法的可行性与有效性。

关键词：无人水下航行器推进器故障定位冗余

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高超声速进气道双侧分离建立过程的试验研究

航空动力学报 2024年

作者：唐啸范晓樯熊冰王良国防科技大学高超声速技术实验室

针对广泛存在于高超声速进气道中的机体/唇口双侧分离不起动流态，为了厘清其内部分离区的建立过程，揭示激发双侧分离的前提条件，基于风洞试验分析了增加攻角和堵撤反压两种方式构建该不起动流态的瞬态过程，研究表明：1）无论是增加... 详细信息

针对广泛存在于高超声速进气道中的机体/唇口双侧分离不起动流态，为了厘清其内部分离区的建立过程，揭示激发双侧分离的前提条件，基于风洞试验分析了增加攻角和堵撤反压两种方式构建该不起动流态的瞬态过程，研究表明：1）无论是增加攻角还是堵撤反压过程，首先激发的均是机体侧大尺度分离区，而后才出现唇口侧大规模分离流动；2）试验进气道的维持起动能力与双侧分离流态无直接关系，而是受制于喉部壅塞；3）只有在机体侧有分离区存在，且其产生的分离激波入射至唇口压缩面特定范围之时，才有可能激发双侧分离流态。研究成果对高超声速进气道的理论基础和工程实践均有重要意义。

关键词：流场演化不起动流态分离流动双侧分离区高超声速进气道风洞试验