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题名无人舰艇智能航行技术进展与前沿
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作者
楼建坤
徐蒙源
岳林
冯伟强
王鸿东
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机构
海洋智能装备与系统教育部重点实验室(上海交通大学)
上海交通大学海洋工程全国重点实验室
中国舰船研究设计中心
中国人民解放军
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出处
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第1期3-14,共12页
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基金
国家自然科学基金面上项目资助(52271348)。
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文摘
[目的]无人舰艇智能航行系统主要负责舰艇的环境感知、决策规划和运动控制,是执行具体任务的基础。旨在梳理该系统关键技术的发展现状,剖析现存问题,并对未来发展方向提出建议,为无人舰艇智能航行关键技术的持续进步提供参考。[方法]基于近年来无人舰艇完成的百公里及千公里自主远航任务,深入综述智能航行关键技术在国内外的发展情况,通过相关技术的应用案例分析、理论研究成果梳理等方式,归纳总结当前技术的优势与不足,进而针对性地提出未来发展的关键技术方向。[结果]当前,无人舰艇智能航行技术在环境感知、决策规划和运动控制方面均取得一定进展,但仍面临诸多挑战。在环境感知方面,复杂环境下的目标感知准确性有待提升,且缺乏对波浪的实时感知能力;决策规划方面,难以有效应对动态任务场景下的多约束问题;运动控制方面,全航程多工况自适应控制能力不足。[结论]针对上述问题,建议重点发展以下关键技术:构建无人舰艇六自由度高精度运动模型,为航行决策和控制提供精准依据;利用多模态数据和人工智能前沿技术,开发感知决策大模型,增强系统的智能化水平;研究面向高海况的安全航行技术,提升无人舰艇在恶劣海洋环境中的作业能力和生存能力。
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关键词
无人艇
环境感知
传感器数据融合
决策规划
运动控制
运动规划
大模型
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Keywords
unmanned vehicles
environment perception
sensor data fusion
decision-making and planning
motion control
motion planning
large models
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名AUV近水面波浪跟随控制及环境参数分析
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作者
王一
汪旋
王检耀
李相衡
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机构
上海交通大学海洋工程全国重点实验室
海洋智能装备与系统教育部重点实验室(上海交通大学)
武汉第二船舶设计研究所
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出处
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第1期340-349,共10页
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基金
国家自然科学基金资助项目(12202265)。
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文摘
[目的]针对自主水下航行器(AUV)执行通信任务的隐蔽性要求,提出一种带折叠天线的AUV近水面通信模式。[方法]基于切片理论对规则波的波浪干扰力进行预报,建立AUV五自由度近水面运动方程;结合视线法(LOS)和PID控制器,开展AUV本体的波浪跟随控制仿真研究。[结果]仿真结果表明,空间循迹运动的法向跟踪稳定精度为0.2476m,波浪跟随运动的垂向跟踪稳定精度为0.2326m,控制效果较好。同时,统计分析发现,波高和波频对控制效果影响显著,波高和波频越大,控制效果越差。[结论]所做研究验证了AUV近水面波浪跟随运动的可行性,可为高隐蔽实时通信等提供理论模型支撑。
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关键词
自主水下航行器
波浪干扰力
波浪跟随控制
视线法
PID控制
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Keywords
autonomous underwater vehicles
wave force
wave following control
line of sight(LOS)
PID control
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
U674.941
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名基于超螺旋滑模观测的变质量无人艇航速自适应控制
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作者
闫昭琨
杨冠宇
王鸿东
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机构
海洋智能装备与系统教育部重点实验室(上海交通大学)
武汉理工大学船海与能源动力工程学院
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出处
《中国舰船研究》
北大核心
2025年第1期247-262,共16页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52271348)
政府间国际科技创新合作项目(2022YFE0125200)。
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文摘
[目的]为实现对变质量无人艇在各类载荷投放任务下的精准控制,提出一种适用于质量与吃水均发生未知改变情况的变质量无人艇航速自适应控制方法。[方法]以吃水及其高阶项为自变量,对变质量无人艇操纵运动模型中,质量、吃水,以及各水动力导数项间的耦合影响关系进行解析表达。针对变质量无人艇各运动状态量与其吃水项的高相关性,设计超螺旋滑模观测器对变质量无人艇的未知吃水与质量进行观测估计,并通过李雅普诺夫理论证明观测器的有限时间稳定。基于解耦后的变质量无人艇操纵运动模型,设计航速自适应控制算法,结合超螺旋滑模观测器的观测值与控制误差对自适应控制律实时更新,根据李雅普诺夫方法验证控制系统的整体稳定性。最后,针对变质量无人艇载荷投放任务场景,开展若干工况下的仿真实验。[结果]结果表明,所设计的吃水观测算法可实现对变质量无人艇吃水与质量的精准观测。在载荷发生阶跃变化与连续变化等典型工况下,该变质量无人艇航速自适应控制算法均可实现对目标航速的稳定跟踪。[结论]研究表明,所提控制算法可适用于变质量无人艇的各类典型控制工况。
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关键词
无人艇
变质量
变质量体控制
超螺旋滑模观测器
自适应控制系统
航速控制
吃水观测
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Keywords
unmanned vehicles
variable-mass
variable mass control
super-twisting sliding mode observer
adaptive control system
surge control
draft observation
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分类号
U664.82
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名考虑蓄电池寿命损耗的最优船舶储能系统调度
被引量：18
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作者
方斯顿
王鸿东
张沈习
尚策
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机构
海洋智能装备与系统教育部重点实验室(上海交通大学)
电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学)
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出处
《中国电机工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第23期7566-7577,共12页
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基金
海洋智能装备与系统教育部重点实验室开放基金。
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文摘
随着电力推进技术的进步,全电船舶已成为未来船舶设计的主要趋势。为保证全电船舶的功率平衡,蓄电池作为一种能量缓冲设备,逐渐应用于船舶设计运行中。但船舶负荷相比于陆地微电网负荷变化更剧烈,可能导致船舶储能系统频繁的深度充放电,造成储能系统寿命损失。为延长船舶储能系统使用寿命,该文针对全电船舶运行提出一种考虑蓄电池寿命损耗的经济调度模型。该模型以船舶运行费用为目标函数,温室气体排放,船舶发电系统,航程管理等为约束。经过约束松弛后,所提模型转化为两层优化问题,并利用列与约束生成算法进行求解。对某4机全电船舶的实际航行算例分析表明,文中所提模型可有效提高船舶蓄电池的使用寿命,提高全电船舶的经济/环保效益,有益于构建未来绿色航运体系。
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关键词
全电船舶
蓄电池
储能系统
寿命损耗
绿色航运
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Keywords
all-electric ships
battery
energy storage system
lifetime degradation
green navigation
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分类号
TM46
[电气工程—电器]
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