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元强化学习在AUV多任务快速自适应控制的应用
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作者 徐春晖 杨士霖 +1 位作者 徐德胜 方田 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第5期89-96,共8页
为解决基于深度强化学习的AUV跟踪控制器在面临新任务时需从零开始训练、训练速度慢、稳定性差等问题,设计一种基于元强化学习的AUV多任务快速自适应控制算法——R-SAC(Reptile-Soft Actor Critic)算法。R-SAC算法将元学习与强化学习相... 为解决基于深度强化学习的AUV跟踪控制器在面临新任务时需从零开始训练、训练速度慢、稳定性差等问题,设计一种基于元强化学习的AUV多任务快速自适应控制算法——R-SAC(Reptile-Soft Actor Critic)算法。R-SAC算法将元学习与强化学习相结合,结合水下机器人运动学及动力学方程对跟踪任务进行建模,利用RSAC算法在训练阶段为AUV跟踪控制器获得一组最优初始值模型参数,使模型在面临不同的任务时,基于该组参数进行训练时能够快速收敛,实现快速自适应不同任务。仿真结果表明,所提出的方法与随机初始化强化学习控制器相比,收敛速度最低提高了1.6倍,跟踪误差保持在2.8%以内。 展开更多
关键词 auv 元强化学习 最优初始值模型参数 快速收敛
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A Multidisciplinary Design Optimization Model for AUV Synthetic Conceptual Design 被引量:1
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作者 卜广志 张宇文 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS 2006年第4期257-261,共5页
Autonomous undersea vehicle (AUV) is a typical complex engineering system. This paper studies the disciplines and coupled variables in AUV design with multidisciplinary design optimization (MDO) methods. The framework... Autonomous undersea vehicle (AUV) is a typical complex engineering system. This paper studies the disciplines and coupled variables in AUV design with multidisciplinary design optimization (MDO) methods. The framework of AUV synthetic conceptual design is described first, and then a model with collaborative optimization is studied. At last, an example is given to verify the validity and efficiency of MDO in AUV synthetic conceptual design. 展开更多
关键词 自主潜水器 多学科设计 优化模型 合成概念设计 auv
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基于深度卷积神经网络AUV六自由度运动辨识建模
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作者 李辰宇 梅斌 +2 位作者 白响恩 张杰 王恒 《中国航海》 北大核心 2025年第4期36-46,共11页
针对自主水下航行器(AUV)的动力学建模问题,考虑AUV六自由度运动的非线性,提出一种基于深度卷积神经网络的非线性系统黑箱辨识建模方法。提取舵信号最大幅值对应频率,作为变分模态分解(VMD)降噪方法的设置阈值,降低AUV模型试验数据噪声... 针对自主水下航行器(AUV)的动力学建模问题,考虑AUV六自由度运动的非线性,提出一种基于深度卷积神经网络的非线性系统黑箱辨识建模方法。提取舵信号最大幅值对应频率,作为变分模态分解(VMD)降噪方法的设置阈值,降低AUV模型试验数据噪声,解决了VMD分层参数难以调谐的问题;利用双向长短期记忆(BiL-STM)和注意力机制,建立非线性系统黑箱模型,利用Adam优化方法求解AUV六自由度运动黑箱模型;采用AUV船模试验数据开展模型训练和预测验证,并与CNN-LSTM、CNN-BiLSTM和CNN-LSTM-Attention建模方法作比较,求解并分析AUV运动的速度项、姿态角和运动轨迹。试验结果表明:深度卷积神经网络的均方根误差(RMSE)、决定系数(R^(2))和平均绝对百分比误差(SMAPE)比CNN-LSTM模型分别改善了79.29%、3.84%和74.41%,验证运动建模方法的可行性和有效性。该方法能为水下航行器的精确避碰和自主导航提供一种有效的动力学建模策略。 展开更多
关键词 自适应变分模态分解 双向长短期记忆 注意力机制 水下航行器船模试验
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面向水下三维空间约束的AUV人工势场避障算法
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作者 吴佳俊 张美燕 +1 位作者 许素安 傅淑丹 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第10期3061-3069,共9页
为解决自主水下航行器在三维洋流干扰环境下难以避开随机移动障碍物的问题,提出一种改进的人工势场法。该方法使用二维直角坐标系和三维球坐标系的转换,将传统人工势场法扩展到三维空间,并引入安全距离和调节因子,优化势场计算以适应动... 为解决自主水下航行器在三维洋流干扰环境下难以避开随机移动障碍物的问题,提出一种改进的人工势场法。该方法使用二维直角坐标系和三维球坐标系的转换,将传统人工势场法扩展到三维空间,并引入安全距离和调节因子,优化势场计算以适应动态环境下的避障路径规划。建立洋流模型和AUV动力学模型,模拟AUV在洋流干扰下的真实运动轨迹。仿真实验表明,在相同的参数条件下,改进算法相比于传统方法避障成功率提升了80%;在不同的参数组合下亦表现出良好的避障能力。相较于传统算法,改进算法在移动障碍物环境下具有更强的适应性和鲁棒性。 展开更多
关键词 人工势场法 三维避障路径规划 自主水下航行器 动力学模型
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深海仿真环境的AUV集群运动控制方法
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作者 范玺斌 刘昊 栾瑞鹏 《指挥控制与仿真》 2025年第3期22-33,共12页
通过构建海洋环境多维扰动模型,模拟水下弱通信仿真场景的约束条件,验证水下AUV集群编队控制策略在复杂海洋环境中的可行性。通过引入洋流、波浪、惯导、波束约束产生AUV的主客观姿态差异,进而在扰动模型中检验5类控制器的编队控制效果... 通过构建海洋环境多维扰动模型,模拟水下弱通信仿真场景的约束条件,验证水下AUV集群编队控制策略在复杂海洋环境中的可行性。通过引入洋流、波浪、惯导、波束约束产生AUV的主客观姿态差异,进而在扰动模型中检验5类控制器的编队控制效果,以及对AUV姿态差异的处理。与传统方法对比,仿真实验证明提出的方法能够在通信延迟情况下实现AUV集群组队行进,相比于单一约束和其他控制器策略具有较大的队形收拢和安全优势。提出的方法特别适合延迟通信和多扰动约束条件下的集群游走,在深空、深海领域具有较好应用前景,为未来AUV深海探测提供了新的指挥控制方法。 展开更多
关键词 弱通信 auv 集群 编队控制 仿真模型
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近壁面水动力干扰下的AUV运动控制研究 被引量:5
6
作者 王智学 边信黔 +1 位作者 王奎民 刘云霞 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2006年第5期63-66,共4页
按自治式水下机器人(AUV)需要接近水下工作站并实现坐落的要求,依据平壁面对AUV水动力干扰的力学机理,建立了AUV在平壁面附近运动时的数学模型,并设计了五个自由度运动PID控制器.在海流影响下,通过系统仿真,实现了AUV的五自由度运动控... 按自治式水下机器人(AUV)需要接近水下工作站并实现坐落的要求,依据平壁面对AUV水动力干扰的力学机理,建立了AUV在平壁面附近运动时的数学模型,并设计了五个自由度运动PID控制器.在海流影响下,通过系统仿真,实现了AUV的五自由度运动控制和准确坐落,仿真结果验证了控制策略的可行性. 展开更多
关键词 机器人 自治式水下机器人 建模 水动力干扰 PID控制
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一种基于注意力机制的AUV控制层指令理解方法 被引量:1
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作者 李岳明 万磊 +1 位作者 孙玉山 张国成 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期406-410,417,共6页
为了更好地衔接水下机器人(AUV)规划层与控制层,参考Itti视觉注意力模型,提出了基于注意力机制的规划指令理解模型,建立了规划指令理解与再次规划环节.通过使用模糊推理的方法对指令元素特征、指令元素显著性进行分析处理,得到规划指令... 为了更好地衔接水下机器人(AUV)规划层与控制层,参考Itti视觉注意力模型,提出了基于注意力机制的规划指令理解模型,建立了规划指令理解与再次规划环节.通过使用模糊推理的方法对指令元素特征、指令元素显著性进行分析处理,得到规划指令注意力聚焦;根据注意力聚焦进行再次规划,保证规划层关注的状态得到优先执行.仿真实验表明文章提出的规划指令理解环节实现了对规划层指令意图的获取,使规划指令得到更好地执行,有效地改善运动控制效果,提高了控制层的智能水平. 展开更多
关键词 水下机器人(auv) 指令理解 注意力模型 规划
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不同分离方式下AUV载荷分离运动的安全性分析 被引量:1
8
作者 李家旺 宋保维 +2 位作者 邵成 余德海 杜晓旭 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期773-777,共5页
考虑到分离运动中载荷与运载体之间的相互影响,建立了在不同分离方式下具有同一形式的多刚体运动方程,基于分离后载荷与运载体之间的距离理论,提出了一种分离安全度模型,对不同分离方式下的分离安全性进行了定量分析。结果表明,当运载... 考虑到分离运动中载荷与运载体之间的相互影响,建立了在不同分离方式下具有同一形式的多刚体运动方程,基于分离后载荷与运载体之间的距离理论,提出了一种分离安全度模型,对不同分离方式下的分离安全性进行了定量分析。结果表明,当运载体为正浮力且无控时,采用推冲分离方式进行分离不会发生碰撞,且在一定条件下较重力解脱方式为优。 展开更多
关键词 auv 分离运动 安全性模型 分离方式
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海上网箱网衣检测用框架式AUV设计与试验 被引量:12
9
作者 张金泉 胡庆松 +1 位作者 申屠基康 姜亚洲 《上海海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期607-612,共6页
大型网箱(围网)养殖是我国对深远海水体资源利用的重要途径,网衣破损检测是网箱养殖可以正常运行的基础条件,利用低成本高可靠性的框架式AUV进行网衣破损检测是可行的技术方案之一。基于技术、成本和使用便利性等要求,提出了框架式AUV... 大型网箱(围网)养殖是我国对深远海水体资源利用的重要途径,网衣破损检测是网箱养殖可以正常运行的基础条件,利用低成本高可靠性的框架式AUV进行网衣破损检测是可行的技术方案之一。基于技术、成本和使用便利性等要求,提出了框架式AUV螺旋式网衣破损检测策略,对其进行了运动建模和动力计算,获得了控制方法及与海流等相关的工作条件。根据模型分析进行了框架式AUV系统参数设计,开发了3自由度AUV控制系统软硬件、水下视频监控装置及工作距离1.5 km的微波通讯系统。所研发系统在象山港海域大型网箱进行了现场试验,结果表明在流速小于0.8 m/s时,能够在大潮和小潮分别获得最远0.9 m和1.5m的清晰视觉图像,可以方便地判断网衣破损情况,满足实际要求,为大规模推广应用打下了良好基础。 展开更多
关键词 网箱(围网)养殖 框架式auv 螺旋式巡查 运动模型 水下视频装置 微波通讯
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AUV水下分离运动及分离方式研究 被引量:19
10
作者 潘瑛 徐德民 +1 位作者 宋保维 潘光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期505-509,共5页
自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统,在载荷被释放时要保证其不能和运载体发生碰撞。推导了载荷和运载体初始位置和初始攻角的计算模型。在此基础上,对载荷在推冲分离方式和重力解脱方式下的运动进行了仿真和分析,结... 自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统,在载荷被释放时要保证其不能和运载体发生碰撞。推导了载荷和运载体初始位置和初始攻角的计算模型。在此基础上,对载荷在推冲分离方式和重力解脱方式下的运动进行了仿真和分析,结果表明,在推冲分离方式下,载荷的上浮运动和俯仰角的变化规律使其与运载体相撞的机会增加;重力解脱方式下,由于载荷没有上浮运动且具有合适的姿态,从而使得分离非常安全。仿真结果与试验数据的一致性,验证了所建模型的实用性与有效性。 展开更多
关键词 自主式水下航行器 运动参数计算 分离方式
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基于MPC导引律的AUV路径跟踪和避障控制 被引量:5
11
作者 姚绪梁 王晓伟 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1053-1062,共10页
针对欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维直线路径跟踪和避障控制,基于级联控制策略设计了运动学和动力学控制器。首先,在设计运动学控制器时考虑了纵倾和艏摇角速度存在的约束,应用模型预测控制(MPC)设计了最优导引律。然后,考虑了推进器... 针对欠驱动自主水下航行器(AUV)的三维直线路径跟踪和避障控制,基于级联控制策略设计了运动学和动力学控制器。首先,在设计运动学控制器时考虑了纵倾和艏摇角速度存在的约束,应用模型预测控制(MPC)设计了最优导引律。然后,考虑了推进器转速和舵角的饱和,应用滑模控制(SMC)技术设计了动力学控制器,从而保证了系统的鲁棒性。最后,通过仿真实验与基于视线法(LOS)导引律的传统控制方法进行了对比。仿真结果表明:所提方法不仅可以改善欠驱动AUV对三维直线路径的跟踪效果,而且可以有效减少舵角的饱和现象。 展开更多
关键词 自主水下航行器(auv) 路径跟踪 避障 模型预测控制(MPC) 滑模控制(SMC)
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基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真 被引量:7
12
作者 潘瑛 徐德民 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2003年第5期15-18,共4页
该文运用矢量方法对自主式水下航行器 (AUV )近水面的六自由度运动方程进行了推导 ,得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型 ,并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的... 该文运用矢量方法对自主式水下航行器 (AUV )近水面的六自由度运动方程进行了推导 ,得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型 ,并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真 ,在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。 展开更多
关键词 Matlan auv 自主式水下航行器 六自由度运动方程 仿真 近水面运动模型 矢量方法 波浪力 稳定性分析 控制系统
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导向喇叭口剖面半径对AUV回收的影响 被引量:2
13
作者 赵国良 许可 +2 位作者 赵春城 范华涛 姚晨佼 《水下无人系统学报》 北大核心 2018年第2期166-173,共8页
为了对形状尺寸受限的自主式水下航行器(AUV)回收装置导向喇叭口进行合理设计,分析了弹簧模型和弹簧-阻尼模型2种接触力模型对计算的影响,研究了喇叭口剖面半径和初始偏移量对回收接触力和回收时间的影响规律,提出了喇叭口的设计评价方... 为了对形状尺寸受限的自主式水下航行器(AUV)回收装置导向喇叭口进行合理设计,分析了弹簧模型和弹簧-阻尼模型2种接触力模型对计算的影响,研究了喇叭口剖面半径和初始偏移量对回收接触力和回收时间的影响规律,提出了喇叭口的设计评价方法。在六自由度运动一般表达式的基础上结合接触力模型,建立回收过程中的AUV运动方程,设计适用于接触力的时间离散求解程序,在MATLAB环境下对AUV回收过程进行计算。结果表明,阻尼在接触模型中的作用有利于回收的顺利进行;增加喇叭口剖面半径对减小接触力和回收时间均具有积极影响;综合评价系数可用于综合考量设计指标以确定喇叭口剖面半径。 展开更多
关键词 自主式水下航行器(auv) 回收装置 导向喇叭口 接触力模型
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基于变保真度模型的AUV流体动力参数预测 被引量:5
14
作者 宋保维 王新晶 王鹏 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第18期176-182,共7页
变保真度模型(Variable-fidelity modeling,VFM)作为一种有效的代理模型方法被广泛用于工程设计,其中低保真度模型(Low-fidelity modeling,LF)用于获取目标模型的整体趋势,高保真度模型(High-fidelity modeling,HF)用于校正低保真度模... 变保真度模型(Variable-fidelity modeling,VFM)作为一种有效的代理模型方法被广泛用于工程设计,其中低保真度模型(Low-fidelity modeling,LF)用于获取目标模型的整体趋势,高保真度模型(High-fidelity modeling,HF)用于校正低保真度模型的准确度,二者通过桥函数(Bridge function,BF)融合,完成对目标模型的近似。将VFM用于预测自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)在外界工况(速度和攻角)下的流体动力参数(阻力系数、升力系数、力矩系数),其中高低保真度模型使用径向基函数构建,桥函数使用克里金函数构建,从遗传算法交叉算子产生的候选样本集中选择变保真度模型与高保真度模型误差最大的样本进行更新,最后建立变保真度代理模型。结果显示VFM能够准确描述流体动力参数在设计空间的变化;在相同的计算条件和时间下,VFM比高保真度模型精度高;随着高保真度样本的增加,模型的精度稳步提升。 展开更多
关键词 代理模型 变保真度模型 桥函数 auv流体动力参数
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基于多块信息提取的AUV资源勘查系统故障检测 被引量:5
15
作者 郭大权 杨宗圣 +2 位作者 周晓锋 李帅 徐春晖 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期790-800,共11页
针对"潜龙二号"AUV在实际航行过程中,资源勘查系统传感器数据具有多重变量相关性、故障类型多样、受运行状态和环境变化影响数值变化大以及噪声强等问题,提出一种新的基于多块信息提取的主元分析(PCA)故障检测方法.首先,针对... 针对"潜龙二号"AUV在实际航行过程中,资源勘查系统传感器数据具有多重变量相关性、故障类型多样、受运行状态和环境变化影响数值变化大以及噪声强等问题,提出一种新的基于多块信息提取的主元分析(PCA)故障检测方法.首先,针对变量之间的多重相关性,通过滑窗和相关系数的方法提取变量间相关性信息;然后,根据变化率在不同运行状态和环境下基本稳定的特点,对于不同类型故障,分别提取变化率信息和变化率信息的各阶统计量累积误差信息;最后,基于提取的特征信息建立3个子块,对每个子块分别建立PCA模型并进行检测,将检测的结果通过中值滤波去噪后,用贝叶斯推断进行融合.通过对"潜龙二号"实际运行数据进行检测,验证所提方法的有效性. 展开更多
关键词 auv 主元分析 故障检测 信息提取 多块建模
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AUV载荷水下分离方法研究
16
作者 邵成 宋保维 +1 位作者 杜晓旭 李家旺 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2006年第S2期508-510,共3页
文中建立可封闭求解的AUV分离运动方程,给出各种初始参数的计算方法;并基于该方程对某AUV的载荷分离进行仿真试验,仿真结果很好地反映了AUV的载荷分离运动。
关键词 自主式水下航行器 分离模型 分离仿真
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基于凯恩动力学的AUV建模 被引量:3
17
作者 孙佳杰 杨柯 葛彤 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期960-967,共8页
推导出基于凯恩动力学的AUV运动学和动力学方程。采用广义速度取代速度和角速度,给出了广义惯性力和广义主动力的计算方法。推导出作用在AUV上的水动力的计算方法,并通过仿真实验给出了水动力系数。为了验证该模型的有效性,对AUV的深度... 推导出基于凯恩动力学的AUV运动学和动力学方程。采用广义速度取代速度和角速度,给出了广义惯性力和广义主动力的计算方法。推导出作用在AUV上的水动力的计算方法,并通过仿真实验给出了水动力系数。为了验证该模型的有效性,对AUV的深度控制、前进距离控制进行了仿真。仿真结果表明,该模型是有效的。 展开更多
关键词 凯恩动力学 auv 建模 广义速度
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基于EASY5的AUV热动力系统建模与仿真
18
作者 雷江涛 聂卫东 +1 位作者 曲大伟 周华 《鱼雷技术》 2010年第1期57-61,共5页
在实现水下航行器的智能化,优化弹道,提高技战性能等方面,水下航行器热动力装置采用闭环控制相对于开环控制具有明显的优势。该文以新型多速制燃料流量闭环控制水下航行器热动力系统为原型,研究了基于EASY5的水下航行器热动力系统建模... 在实现水下航行器的智能化,优化弹道,提高技战性能等方面,水下航行器热动力装置采用闭环控制相对于开环控制具有明显的优势。该文以新型多速制燃料流量闭环控制水下航行器热动力系统为原型,研究了基于EASY5的水下航行器热动力系统建模与仿真,建立了仿真对象的数学模型和规范的模块化仿真模型,进行了水下航行器热动力系统设计工况(稳态)、启动过程及变工况的实时仿真。通过将仿真结果与水下航行器台架试验数据进行对比分析,结果表明,所建立的模型较为完整、准确,仿真运行可靠,研究成果满足工程需求。 展开更多
关键词 水下航行器(auv) 热动力系统 建模与仿真 EASY5
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一种基于双模型的低成本多AUV协同定位方法 被引量:5
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作者 徐博 李盛新 张奂 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第3期1-7,共7页
[目的]针对多自主水下航行器(AUV)上装备的惯性导航系统(INS)和多普勒速度计程仪(DVL)失效或未配备的情况,结合传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)估计,提出一种基于双模型的协同定位方法。[方法]建立相对运动模型和双领航状态空间模型,通过水... [目的]针对多自主水下航行器(AUV)上装备的惯性导航系统(INS)和多普勒速度计程仪(DVL)失效或未配备的情况,结合传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)估计,提出一种基于双模型的协同定位方法。[方法]建立相对运动模型和双领航状态空间模型,通过水声通信,利用相对运动模型估计跟随AUV的速度信息,再应用双领航模式的多AUV协同定位状态空间模型,进一步提高协同定位系统的鲁棒性和准确性,利用海试数据进行半实物仿真验证。[结果]结果表明,基于双模型的主从式多AUV协同定位方法,能够在跟随AUV上没有INS和DVL的情况下,实时估计跟随AUV的位置。[结论]该方法能够保障协同定位系统定位精度在允许的范围内,降低多AUV协同定位系统的成本。 展开更多
关键词 自主水下航行器 协同定位 扩展卡尔曼滤波 相对运动模型 水声通信
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一种AUV垂直面控制模型的动态辨识算法
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作者 张东俊 黎潇 王维平 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期780-785,790,共7页
基于无人自主潜航器(AUV)的实测试验数据,针对AUV多变量、非线性、参数时变的系统特征构建其垂直面控制模型问题,研究讨论了一种面向试验数据的搜索、聚类、模式分类和线性辨识技术相结合的模型辨识算法。首先,利用模型参数的协方差矩... 基于无人自主潜航器(AUV)的实测试验数据,针对AUV多变量、非线性、参数时变的系统特征构建其垂直面控制模型问题,研究讨论了一种面向试验数据的搜索、聚类、模式分类和线性辨识技术相结合的模型辨识算法。首先,利用模型参数的协方差矩阵作为性能指标,对数据点进行初步聚类;然后,通过四步骤调整得到最终的数据点聚类;最后,根据数据点的聚类进行基于线性支持向量机的区间分割和子模型辨识。仿真结果表明,运用这种算法对AUV垂直面控制模型进行的辨识是有效的。 展开更多
关键词 无人自主潜航器 试验数据 动态辨识 垂直面控制模型
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