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自主式水下机器人自适应区域跟踪控制

机械工程学报 2014年第19期50卷 50-57页

作者：张铭钧褚振忠哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

研究自主式水下机器人的区域跟踪控制问题,提出一种基于PD神经滑模的自适应区域跟踪控制方法。针对自主式水下机器人自适应控制器中仅在线调整网络权值的径向基函数神经网络存在收敛性能差的问题,给出同时对径向基函数神经网络权值、径... 详细信息

研究自主式水下机器人的区域跟踪控制问题,提出一种基于PD神经滑模的自适应区域跟踪控制方法。针对自主式水下机器人自适应控制器中仅在线调整网络权值的径向基函数神经网络存在收敛性能差的问题,给出同时对径向基函数神经网络权值、径向基函数中心与方差进行自适应调整的方法,使径向基函数神经网络无须离线选取径向基函数中心与方差,即可进行在线自适应学习。考虑到控制器中滑模控制项易引起系统抖振的问题,提出一种基于指数函数的滑模切换增益调节方法,使滑模切换增益能够依据跟踪误差实时调节以降低系统抖振。基于Lyapunov理论对所提自适应区域跟踪控制方法的稳定性进行分析。通过自主式水下机器人的仿真试验与水池试验验证所提方法的有效性。

关键词：水下机器人区域跟踪控制滑模控制神经网络控制

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水下双目视觉系统中的目标分割和目标定位

华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第12期45卷 53-59页

作者：李煊张铭钧哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对典型灰度化和阈值方法用于水下目标分割时存在的目标分割不完整等问题,提出了基于灰度对比度增强的两步目标分割方法:第一步基于彩色矢量阈值进行目标粗分割;第二步分析局部对比度和区域内均匀性,动态确定不同通道的权值和反向处理... 详细信息

针对典型灰度化和阈值方法用于水下目标分割时存在的目标分割不完整等问题,提出了基于灰度对比度增强的两步目标分割方法:第一步基于彩色矢量阈值进行目标粗分割;第二步分析局部对比度和区域内均匀性,动态确定不同通道的权值和反向处理,进而增强灰度对比度,完成目标精分割.针对典型标定、立体匹配和目标位置测量方法不适用于本研究环境的问题,提出了基于目标尺寸估计的目标定位方法,首先完成在线外参标定和目标圆心匹配,然后利用双目位置测量数据估计目标的尺寸,最后采用单目位置测量得到定位数据.结果表明:该分割方法能够准确分割目标,分割准确率和错分类比率均优于典型方法,定位方法能够得到目标三维位置数据,研制的双目视觉系统能够有效配合水下运载器-机械手系统完成自主作业任务.

关键词：目标分割目标定位灰度对比度增强目标尺寸估计水下双目视觉系统自主作业

基于RBF神经网络的作业型AUV自适应终端滑模控制方法及实验研究

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机器人 2018年第3期40卷 336-345页

作者：杨超郭佳张铭钧哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

研究了作业型AUV(自主水下机器人)的轨迹跟踪控制问题.实际作业中,水下机械手展开作业过程将引起AUV动力学性能变化,进而影响AUV轨迹跟踪控制;并且水流环境干扰亦将影响AUV轨迹跟踪控制.针对上述AUV轨迹跟踪控制问题,提出一种基于RBF(... 详细信息

研究了作业型AUV(自主水下机器人)的轨迹跟踪控制问题.实际作业中,水下机械手展开作业过程将引起AUV动力学性能变化,进而影响AUV轨迹跟踪控制;并且水流环境干扰亦将影响AUV轨迹跟踪控制.针对上述AUV轨迹跟踪控制问题,提出一种基于RBF(径向基函数)神经网络的AUV自适应终端滑模运动控制方法.该方法在李亚普诺夫稳定性理论框架下,采用RBF网络对机械手展开引起的AUV动力学性能变化和水流环境干扰进行在线逼近,并结合自适应终端滑模控制器对神经网络权值和AUV控制参数进行自适应在线调节.通过李亚普诺夫稳定性理论,证明AUV系统轨迹跟踪误差一致稳定有界.针对滑模控制项引起的控制量抖振问题,提出一种变滑模增益的饱和连续函数滑模抖振降低方法,以降低滑模控制量抖振.通过AUV实验样机的艏向和垂向的轨迹跟踪实验,验证了本文AUV系统控制方法和滑模降抖振方法的有效性.

关键词：作业型AUV RBF神经网络模型不确定性滑模控制轨迹跟踪控制抖振降低

基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构

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上海交通大学学报 2015年第6期49卷 837-841页

作者：褚振忠朱大奇张铭钧上海海事大学信息工程学院上海201306 哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时... 详细信息

研究了基于终端滑模观测器的水下机器人推进器故障重构方法.针对传统滑模观测器中状态估计误差渐进收敛而影响推进器故障重构时效性的问题,利用终端滑模所具有的有限时间收敛特性,构建终端滑模观测器以保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛,并利用等效输出误差注入方法重构推进器故障值.通过仿真对所提方法进行有效性验证.

关键词：水下机器人终端滑模观测器推进器故障重构

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深海环境模拟实验装置及压力动态控制技术

哈尔滨工程大学学报 2016年第11期37卷 1565-1572页

作者：张强张雷励张铭钧哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了模拟深海环境压力,研制了一套模拟压力可以大范围连续变化的实验装置,并研究了其压力动态控制技术。提出了在液压回路中串联液压缸的方法解决电液比例阀使用水介质的局限性问题;针对压力动态控制模块固有滞后特性的问题,提出了相位... 详细信息

为了模拟深海环境压力,研制了一套模拟压力可以大范围连续变化的实验装置,并研究了其压力动态控制技术。提出了在液压回路中串联液压缸的方法解决电液比例阀使用水介质的局限性问题;针对压力动态控制模块固有滞后特性的问题,提出了相位补偿算法予以解决;针对实验试件爆破时造成装置内压力突降而无法快速恢复到目标值的问题,提出了基于气体式蓄能器的压力快速补偿方法予以解决。通过对模拟实验装置进行相关实验研究,验证了本文研究的压力动态控制技术、压力快速补偿技术的可行性和有效性。

关键词：深海环境串联液压缸油水转换压力动态控制模块相位补偿算法压力快速补偿方法液压系统

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ETLS干扰力矩抑制及加载性能改善方法

哈尔滨工程大学学报 2016年第11期37卷 1586-1593页

作者：赵文德唐琪张铭钧哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

本文研制了ETLS的实验样机,建立了考虑加载系统摩擦非线性的ETLS综合数学模型。本文研究舵机系统位置扰动造成的多余力矩干扰问题,提出基于舵机系统输出角速度的前馈补偿控制进行抑制;考虑到加载系统的摩擦非线性问题,本文采用基于死区... 详细信息

本文研制了ETLS的实验样机,建立了考虑加载系统摩擦非线性的ETLS综合数学模型。本文研究舵机系统位置扰动造成的多余力矩干扰问题,提出基于舵机系统输出角速度的前馈补偿控制进行抑制;考虑到加载系统的摩擦非线性问题,本文采用基于死区逆的方法进行补偿。接着,本文在力矩加载中存在幅值衰减和相位滞后问题上,采用基于最小均方差(least mean square error,LMSE)的幅相控制算法进行抑制以提高ETLS的加载性能,并提出基于Sigmoid函数变步长LMSE的幅相控制算法减小算法中收敛速度和稳态精度对步长需求相互矛盾,以提高算法整体改善。最后,通过仿真和实际实验,验证本文干扰力矩抑制和加载性能改善方法的有效性,在0.5 Hz和5 Hz频率下,基于本文方法的跟踪精度分别提高了87.0%和64.9%。

关键词：电动式扭矩加载系统多余力矩死区逆幅相控制前馈补偿控制最小均方差

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自主式水下机器人模糊定性建模方法研究

哈尔滨工程大学学报 2013年第1期34卷 116-122页

作者：张铭钧宋炜胥褚振忠哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对自主式水下机器人难以建立精确动力学数学模型的问题,提出了一种基于模糊定性仿真理论的运动建模方法.根据状态转换中系统变量的变化方向,给出了模糊定性状态转换类型的细化分类方法.对于系统变量定量信息定性化过程中的采样时间确... 详细信息

针对自主式水下机器人难以建立精确动力学数学模型的问题,提出了一种基于模糊定性仿真理论的运动建模方法.根据状态转换中系统变量的变化方向,给出了模糊定性状态转换类型的细化分类方法.对于系统变量定量信息定性化过程中的采样时间确定问题,研究了基于系统变量模糊定性状态的自适应采样时间选取方法.文中建立了"海狸"号实验样机的模糊定性模型.水池实验表明,所提方法能够准确描述水下机器人在不同运动状态下的模糊定性行为.

关键词：水下机器人运动建模模糊定性仿真状态转换

基于减法聚类和自适应模糊神经网络方法的运动规划器设计

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兵工学报 2007年第12期28卷 1533-1536页

作者：段群杰张铭钧哈尔滨工程大学机电工程学院

使用减法聚类和自适应模糊神经网络方法设计了一种水下机器人运动规划器。根据输入输出数据的特性,用减法聚类算法,自适应地确定模糊系统的初始结构和参数,提出将模糊神经系统参数分解为非线性前提参数和线性结论参数并分开辨识。采用... 详细信息

使用减法聚类和自适应模糊神经网络方法设计了一种水下机器人运动规划器。根据输入输出数据的特性,用减法聚类算法,自适应地确定模糊系统的初始结构和参数,提出将模糊神经系统参数分解为非线性前提参数和线性结论参数并分开辨识。采用梯度下降算法和最小二乘算法分别进行自适应模糊推理系统前后件参数的优化,提高了参数的学习效率。仿真结果表明:在相同的仿真环境下,所设计的自适应模糊神经网络运动规划器的规划效果要好于模糊运动规划器。

关键词：自动控制技术减法聚类自适应模糊神经网络运动规划器

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基于改进人工鱼群算法的无人艇控制参数优化

哈尔滨工程大学学报 2014年第7期35卷 800-806页

作者：廖煜雷刘鹏王建张铭钧哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对欠驱动无人艇控制系统的参数优化问题,基于改进人工鱼群算法,提出了一种非线性控制系统的参数优化策略。首先考虑了人工鱼群算法存在的求解精度低、盲目搜索、收敛缓慢等问题,提出了一种改进人工鱼群算法。然后分别以最小跟踪误差... 详细信息

针对欠驱动无人艇控制系统的参数优化问题,基于改进人工鱼群算法,提出了一种非线性控制系统的参数优化策略。首先考虑了人工鱼群算法存在的求解精度低、盲目搜索、收敛缓慢等问题,提出了一种改进人工鱼群算法。然后分别以最小跟踪误差、最小能量消耗为性能指标,利用改进的人工鱼群算法,对欠驱动无人艇的跟踪控制器进行参数优化。数值仿真试验结果表明:无人艇实现了对期望轨迹的跟踪,并具有良好的控制性能,试验结果验证了所提算法的可行性和有效性。

关键词：人工鱼群算法参数优化无人艇运动控制轨迹跟踪