●叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 水下機器人建模與仿真技術研究背景及意義 1
1.2 水下機器人建模與仿真技術基礎 4
1.2.1 水下機器人建模技術基礎 4
1.2.2 水下機器人繫統仿真技術基礎 6
1.3 建模與仿真技術發展概況與發展趨勢 9
1.3.1 建模與仿真技術發展概況 9
1.3.2 建模與仿真技術發展趨勢 13
1.4 水下機器人建模與仿真技術的研究現狀和發展趨勢 14
1.4.1 自主水下機器人建模與仿真技術國內外研究現狀 14
1.4.2 載人潛水器建模與仿真技術國內外研究現狀 18
1.4.3 水下機器人建模與仿真技術發展趨勢 21
參考文獻 21
2 水下機器人建模基礎理論與方法 24
2.1 水下機器人機理建模法 24
2.1.1 推進繫統分立件模型 24
2.1.2 水下機器人動力學模型 28
2.2 水下機器人插值/擬合建模法 37
2.2.1 海流建模方法 37
2.2.2 海底地形建模方法 38
2.3 水下機器人隨機建模法 41
2.3.1 傳感器隨機建模法 42
2.3.2 海浪隨機建模法 43
2.4 水下機器人相似建模法 44
2.4.1 基於勢流理論的海流建模法 44
2.4.2 基於線性波理論的海流建模法 47
2.4.3 基於水動力軟件的海流建模法 50
2.4.4 視覺傳感器的建模 51
2.5 水下機器人綜合建模法 52
2.5.1 圖像處理 53
2.5.2 曲線擬合 53
2.5.3 曲面擬合 54
2.6 水下機器人繫統建模技術的集成 55
2.7 本章小結 55
參考文獻 56
3 水下機器人數值仿真基礎理論與方法 58
3.1 數值仿真算法的穩定性與仿真精度 58
3.1.1 數值仿真算法的穩定性 58
3.1.2 數值仿真過程的誤差 59
3.1.3 數值仿真步長的選擇 60
3.2 連續繫統的數值仿真算法 60
3.2.1 數值積分法 61
3.2.2 離散相似法 63
3.3 離散事件繫統的數值仿真算法 63
3.4 智能優化算法 64
3.4.1 遺傳算法 65
3.4.2 人工神經網絡算法 65
3.4.3 模擬退火算法 66
3.4.4 蟻群算法 67
3.5 基於專業軟件的數值仿真 67
3.5.1 基於MATLAB的數值仿真 67
3.5.2 基於Simulink的數值仿真 71
3.5.3 基於Visual C++的數值仿真 74
3.5.4 基於Google Earth的數值仿真 76
3.5.5 基於Vega Prime虛擬現實的數值仿真 78
3.5.6 基於多種軟件的水下機器人聯合數值仿真 82
3.6 水下機器人數值仿真應用案例 86
3.6.1 水下機器人MATLAB仿真應用案例 86
3.6.2 水下機器人Simulink仿真應用案例 87
3.6.3 水下機器人Google Earth與Visual C++聯合仿真應用案例 88
3.6.4 水下機器人MATLAB與Visual C++聯合仿真應用案例 89
3.7 本章小結 91
參考文獻 91
4 水下機器人半物理仿真技術及應用 93
4.1 水下機器人硬件在回路仿真技術 93
4.1.1 水下機器人繫統及相關參數 94
4.1.2 水下機器人控制器在回路半物理仿真技術 96
4.2 自主水下機器人控制器在回路仿真案例 100
4.2.1 控制策略及參數調試 100
4.2.2 輔助自主水下機器人實驗室調試 106
4.2.3 輔助自主水下機器人湖試和海試 107
4.3 7000米載人潛水器控制器在回路仿真案例 112
4.3.1 控制策略及參數調試 112
4.3.2 輔助7000米載人潛水器的實驗室調試 118
4.3.3 輔助7000米載人潛水器水池試驗及海試 120
4.3.4 下潛人員培訓和訓練 121
4.4 水下機器人半物理仿真繫統經濟效益 121
4.5 本章小結 122
參考文獻 122
5 水下機器人全物理仿真技術及應用 125
5.1 水下機器人全物理仿真技術 126
5.1.1 便攜式水下機器人及其相關參數 126
5.1.2 水下機器人運動特性全物理仿真技術 127
5.2 傳感器負載的模擬技術 130
5.2.1 姿態信號模擬技術 130
5.2.2 深度信號模擬技術 132
5.2.3 衛星定位信號模擬技術 133
5.2.4 DVL信號模擬技術 134
5.3 執行機構負載的模擬技術 136
5.3.1 推進器負載模擬技術 136
5.3.2 舵機負載模擬技術 137
5.4 便攜式水下機器人運動特性全物理仿真案例 140
5.5 本章小結 141
參考文獻 141
6 水下機器人狀態估計算法仿真研究 143
6.1 基於UKF的AUV狀態和參數聯合估計算法 143
6.1.1 UKF算法 143
6.1.2 基於UKF的AUV狀態和參數聯合估計 147
6.1.3 仿真驗證 148
6.2 基於自適應UKF的AUV狀態和參數聯合估計算法 152
6.2.1 自適應UKF算法 152
6.2.2 仿真驗證 157
6.3 基於平方根UKF的AUV狀態和參數聯合估計算法 162
6.3.1 平方根UKF算法 163
6.3.2 仿真驗證 164
6.4 UKF及其相關算法的比較 166
6.5 本章小結 167
參考文獻 168
7 水下機器人控制算法仿真研究 170
7.1 基於MLQG控制算法的仿真研究 172
7.1.1 HOV繫統數學模型 172
7.1.2 MLQG控制器設計 173
7.1.3 仿真驗證 176
7.2 基於H 混合靈敏度的水下機器人魯棒控制仿真研究 180
7.2.1 H 魯棒控制基礎理論 180
7.2.2 基於H 混合靈敏度的HOV控制器設計 185
7.2.3 繫統魯棒性分析 192
7.2.4 半物理仿真繫統試驗驗證 196
7.3 基於結構奇異值μ的水下機器人魯棒控制 201
7.3.1 結構奇異值μ魯棒控制基礎理論 201
7.3.2 基於結構奇異值μ的HOV控制器設計 205
7.3.3 控制繫統性能分析 208
7.3.4 半物理仿真繫統試驗驗證 212
7.4 本章小結 217
參考文獻 218
附錄 220
附錄Ⅰ 符號表 220
附錄Ⅱ 中英文縮寫對照表 225
索引 229
彩圖
