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串并联多体自主水下机器人设计、建模与控制


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串并联多体自主水下机器人设计、建模与控制
  • 书号：9787030837622
    作者：张进
  • 外文书名：
  • 装帧：平装
    开本：B5
  • 页数：183
    字数：241000
    语种：zh-Hans
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2026-05-01
  • 所属分类：
  • 定价： ￥128.00元
    售价： ￥101.12元
  • 图书介质:
    纸质书

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串并联多体自主水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）作为一种新兴的技术手段，已经成为研究和应用的热点。本书系统地介绍了串并联多体AUV的研究背景及多体水下机器人的国内外研究现状、串并联多体AUV的整体设计、串联多体AUV直航阻力预报的系统建模、并联多体AUV形态自稳定的系统建模、串联多体AUV的直航运动建模与动力分配控制、长串联多体AUV平稳直航的动力分配方法、串联多体AUV动态生成的水下对接控制、串并联多体AUV同步对接生成的编队控制以及大规模单元高效生成串并联多体AUV的路径规划与控制。
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    前言
    第1章 绪论 1
    1.1 串并联多体AUV的研究背景及意义 1
    1.2 串并联多体AUV的结构特征 5
    1.2.1 典型串联多体AUV结构特征 5
    1.2.2 典型并联多体AUV结构特征 6
    1.3 串并联多体AUV研究现状 7
    1.3.1 串并联多体AUV设计研究现状 9
    1.3.2 串并联多体AUV优化设计研究现状 19
    1.3.3 串并联多体AUV建模和控制研究现状 20
    1.4 串并联多体AUV关键技术 24
    参考文献 25
    第2章 串并联多体AUV的整体设计 29
    2.1 设计目标 29
    2.2 串联多体AUV的设计 29
    2.2.1 串联多体AUV的结构设计 29
    2.2.2 串联多体AUV的连接机构设计 31
    2.2.3 串联多体AUV的驱动设计 33
    2.2.4 串联多体AUV的平台开发 41
    2.3 并联多体AUV的设计 45
    2.3.1 并联多体AUV的结构设计 45
    2.3.2 并联多体AUV的连接机构设计 46
    2.3.3 并联多体AUV的驱动设计 47
    2.4 串并联多体AUV的串并融合及变结构设计 48
    参考文献 50
    第3章 串联多体AUV直航阻力预报的系统建模 52
    3.1 直航阻力建模的研究意义及方法 52
    3.2 基于CFD的直航阻力计算 53
    3.2.1 CFD环境参数设置 53
    3.2.2 计算结果及分析 55
    3.3 直航阻力预报模型建立 58
    3.3.1 基于BPNN的阻力预报 58
    3.3.2 基于PSO-BPNN的阻力预报 60
    3.4 试验验证 63
    3.4.1 变间距数据组为测试样本时的模型预报结果对比 63
    3.4.2 变速数据组为测试样本时的模型预报结果对比 65
    3.4.3 模型在加速运动过程中的直航阻力预报结果 68
    参考文献 70
    第4章 并联多体AUV形态自稳定的系统建模 71
    4.1 形态自稳定系统建模的研究意义 71
    4.2 并联三体AUV的稳心高度及受力情况分析 72
    4.2.1 稳心高度定义及特征 72
    4.2.2 并联三体AUV受力情况分析 72
    4.3 基于浮力调节稳心高度 73
    4.3.1 力学分析 73
    4.3.2 模型建立 74
    4.4 基于构型变换调节稳心高度 75
    4.4.1 力学分析 75
    4.4.2 模型建立 76
    4.5 系统仿真 77
    4.5.1 浮力调节与稳心高度的关系描述 78
    4.5.2 顶角大小与稳心高度的关系描述 79
    参考文献 80
    第5章 串联多体AUV的直航运动建模与动力分配控制 81
    5.1 动力分配的研究意义及方法 81
    5.2 串联多体AUV的系统建模 82
    5.2.1 受力分析 82
    5.2.2 系统建模 83
    5.3 基于遗传算法的串联多体AUV动力分配控制 84
    5.3.1 遗传算法的操作 84
    5.3.2 目标函数的建立 85
    5.4 考虑驱动约束的动力分配方法优化 87
    5.4.1 驱动饱和约束的定义及影响 87
    5.4.2 遗传算法的优化 87
    5.5 仿真验证 88
    5.5.1 理想状态下验证算法的单体间距、整体速度调节能力 89
    5.5.2 海流干扰下验证算法的单体间距调节能力 90
    5.5.3 考虑驱动约束时验证算法的单体间距调节能力 92
    参考文献 94
    第6章 长串联多体AUV平稳直航的动力分配方法 95
    6.1 长串联多体AUV平稳直航的动力分配难点分析 95
    6.2 缩短平稳直航在线处理时间的离线模型训练 96
    6.2.1 基于HHO算法的动力分配数据集建立 96
    6.2.2 基于优化数据的神经网络离线模型训练 99
    6.3 基于粒子群优化算法的在线动力优化分配 102
    6.4 仿真验证 105
    6.4.1 直接使用遗传算法的动力分配结果 105
    6.4.2 离线训练与在线优化相融合的动力分配结果 109
    6.4.3 考虑动态扰动时离线训练与在线优化相融合的动力分配结果 112
    参考文献 114
    第7章 串联多体AUV动态生成的水下对接控制 116
    7.1 AUV水下对接的研究意义及方法 116
    7.2 对接描述与问题分析 119
    7.3 面向高效对接需求的自适应奖励函数设计 120
    7.3.1 超越式奖励函数的设计 120
    7.3.2 等待式奖励函数的设计 121
    7.3.3 融合超越与等待的自适应奖励函数的设计 121
    7.4 基于Ada-DDPG的动动对接行为决策 123
    7.4.1 Ada-DDPG算法结构 123
    7.4.2 Ada-DDPG网络更新 124
    7.5 仿真验证 125
    7.5.1 避碰路径规划距离更短验证 125
    7.5.2 避碰行驶时间更短验证 127
    7.5.3 良好操纵性验证 129
    参考文献 130
    第8章 串并联多体AUV同步对接生成的编队控制 132
    8.1 同步对接生成的研究意义 132
    8.2 不同通信定位方式下AUV编队控制方法 132
    8.2.1 AUV编队控制基础模型 133
    8.2.2 基于光学通信定位的AUV编队控制 135
    8.2.3 基于声学通信定位的AUV编队控制 136
    8.2.4 研究现状总结 138
    8.2.5 发展趋势 140
    8.3 串并联多体AUV同步对接生成的队形精确保持 141
    8.3.1 多AUV编队模型 142
    8.3.2 队形精确保持控制器设计 146
    8.4 串并联多体AUV同步对接生成的队形安全变换 147
    8.4.1 队形变换的安全路径生成 148
    8.4.2 考虑平台特征时队形变换的安全性提升 149
    8.5 队形精确保持与安全变换的总体控制器设计 151
    8.6 仿真验证 151
    8.6.1 验证密集队形精确保持方法的有效性 153
    8.6.2 验证密集队形变换路径规划方法的有效性 157
    8.6.3 验证队形精确保持与安全变换总体控制器的有效性 160
    参考文献 163
    第9章 大规模单元高效生成串并联多体AUV的路径规划与控制 167
    9.1 大规模单元高效生成串并联多体AUV的意义 167
    9.2 大规模单元高效生成串并联多体AUV的过程描述 168
    9.2.1 成本矩阵的建立 168
    9.2.2 目标队形高效生成的求解期望 169
    9.3 基于0元素法的目标队形生成路径规划 169
    9.3.1 匈牙利法 169
    9.3.2 成本矩阵的预处理 170
    9.3.3 求解最优分配 171
    9.3.4 成本矩阵的后处理 172
    9.3.5 考虑通信约束的分配路径调整 173
    9.4 各AUV单元航向目标位置的模糊PID控制 175
    9.5 试验验证 176
    9.5.1 验证目标队形生成的高效性 176
    9.5.2 验证目标队形生成的安全性 178
    9.5.3 验证考虑通信范围时队形生成与变换的有效性 179
    参考文献 182
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