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水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)
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水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787508858708
- 條形碼：9787508858708 ; 978-7-5088-5870-8
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù) 本書特色
本書可供水下機(jī)器人、海洋工程、自動(dòng)控制、水下導(dǎo)航等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、大學(xué)教師和研究生，以及從事水下機(jī)器人研究、設(shè)計(jì)、建造、使用與維護(hù)的技術(shù)人員參考。
水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)是水下機(jī)器人設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用中的重要技術(shù)之一。本書系統(tǒng)地介紹水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)的原理、方法和應(yīng)用。首先介紹水下機(jī)器人的現(xiàn)代建模基礎(chǔ)理論與方法，包括機(jī)理建模法、插值/擬合建模法、隨機(jī)建模法、相似建模法及綜合建模法等；然后介紹數(shù)值仿真技術(shù)、半物理仿真技術(shù)和全物理仿真技術(shù)及其應(yīng)用案例；*后介紹水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)在水下機(jī)器人狀態(tài)、參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法和控制算法研究方面的應(yīng)用。
水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù) 目錄
目錄
叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)研究背景及意義 1
1.2 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)基礎(chǔ) 4
1.2.1 水下機(jī)器人建模技術(shù)基礎(chǔ) 4
1.2.2 水下機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 6
1.3 建模與仿真技術(shù)發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3.1 建模與仿真技術(shù)發(fā)展概況 9
1.3.2 建模與仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 13
1.4 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 14
1.4.1 自主水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 14
1.4.2 載人潛水器建模與仿真技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 18
1.4.3 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 21
參考文獻(xiàn) 21
2 水下機(jī)器人建模基礎(chǔ)理論與方法 24
2.1 水下機(jī)器人機(jī)理建模法 24
2.1.1 推進(jìn)系統(tǒng)分立件模型 24
2.1.2 水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 28
2.2 水下機(jī)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(jī)器人隨機(jī)建模法 41
2.3.1 傳感器隨機(jī)建模法 42
2.3.2 海浪隨機(jī)建模法 43
2.4 水下機(jī)器人相似建模法 44
2.4.1 基于勢(shì)流理論的海流建模法 44
2.4.2 基于線性波理論的海流建模法 47
2.4.3 基于水動(dòng)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(jī)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(jī)器人系統(tǒng)建模技術(shù)的集成 55
2.7 本章小結(jié) 55
參考文獻(xiàn) 56
3 水下機(jī)器人數(shù)值仿真基礎(chǔ)理論與方法 58
3.1 數(shù)值仿真算法的穩(wěn)定性與仿真精度 58
3.1.1 數(shù)值仿真算法的穩(wěn)定性 58
3.1.2 數(shù)值仿真過程的誤差 59
3.1.3 數(shù)值仿真步長(zhǎng)的選擇 60
3.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值仿真算法 60
3.2.1 數(shù)值積分法 61
3.2.2 離散相似法 63
3.3 離散事件系統(tǒng)的數(shù)值仿真算法 63
3.4 智能優(yōu)化算法 64
3.4.1 遺傳算法 65
3.4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 65
3.4.3 模擬退火算法 66
3.4.4 蟻群算法 67
3.5 基于專業(yè)軟件的數(shù)值仿真 67
3.5.1 基于MATLAB的數(shù)值仿真 67
3.5.2 基于Simulink的數(shù)值仿真 71
3.5.3 基于Visual C 的數(shù)值仿真 74
3.5.4 基于Google Earth的數(shù)值仿真 76
3.5.5 基于Vega Prime虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)值仿真 78
3.5.6 基于多種軟件的水下機(jī)器人聯(lián)合數(shù)值仿真 82
3.6 水下機(jī)器人數(shù)值仿真應(yīng)用案例 86
3.6.1 水下機(jī)器人MATLAB仿真應(yīng)用案例 86
3.6.2 水下機(jī)器人Simulink仿真應(yīng)用案例 87
3.6.3 水下機(jī)器人Google Earth與Visual C 聯(lián)合仿真應(yīng)用案例 88
3.6.4 水下機(jī)器人MATLAB與Visual C 聯(lián)合仿真應(yīng)用案例 89
3.7 本章小結(jié) 91
參考文獻(xiàn) 91
4 水下機(jī)器人半物理仿真技術(shù)及應(yīng)用 93
4.1 水下機(jī)器人硬件在回路仿真技術(shù) 93
4.1.1 水下機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù) 94
4.1.2 水下機(jī)器人控制器在回路半物理仿真技術(shù) 96
4.2 自主水下機(jī)器人控制器在回路仿真案例 100
4.2.1 控制策略及參數(shù)調(diào)試 100
4.2.2 輔助自主水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 106
4.2.3 輔助自主水下機(jī)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(shù)調(diào)試 112
4.3.2 輔助7000米載人潛水器的實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 118
4.3.3 輔助7000米載人潛水器水池試驗(yàn)及海試 120
4.3.4 下潛人員培訓(xùn)和訓(xùn)練 121
4.4 水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益 121
4.5 本章小結(jié) 122
參考文獻(xiàn) 122
5 水下機(jī)器人全物理仿真技術(shù)及應(yīng)用 125
5.1 水下機(jī)器人全物理仿真技術(shù) 126
5.1.1 便攜式水下機(jī)器人及其相關(guān)參數(shù) 126
5.1.2 水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性全物理仿真技術(shù) 127
5.2 傳感器負(fù)載的模擬技術(shù) 130
5.2.1 姿態(tài)信號(hào)模擬技術(shù) 130
5.2.2 深度信號(hào)模擬技術(shù) 132
5.2.3 衛(wèi)星定位信號(hào)模擬技術(shù) 133
5.2.4 DVL信號(hào)模擬技術(shù) 134
5.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載的模擬技術(shù) 136
5.3.1 推進(jìn)器負(fù)載模擬技術(shù) 136
5.3.2 舵機(jī)負(fù)載模擬技術(shù) 137
5.4 便攜式水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性全物理仿真案例 140
5.5 本章小結(jié) 141
參考文獻(xiàn) 141
6 水下機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)算法仿真研究 143
6.1 基于UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 143
6.1.1 UKF算法 143
6.1.2 基于UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì) 147
6.1.3 仿真驗(yàn)證 148
6.2 基于自適應(yīng)UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 152
6.2.1 自適應(yīng)UKF算法 152
6.2.2 仿真驗(yàn)證 157
6.3 基于平方根UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 162
6.3.1 平方根UKF算法 163
6.3.2 仿真驗(yàn)證 164
6.4 UKF及其相關(guān)算法的比較 166
6.5 本章小結(jié) 167
參考文獻(xiàn) 168
7 水下機(jī)器人控制算法仿真研究 170
7.1 基于MLQG控制算法的仿真研究 172
7.1.1 HOV系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 172
7.1.2 MLQG控制器設(shè)計(jì) 173
7.1.3 仿真驗(yàn)證 176
7.2 基于H∞混合靈敏度的水下機(jī)器人魯棒控制仿真研究 180
7.2.1 H∞魯棒控制基礎(chǔ)理論 180
7.2.2 基于H∞混合靈敏度的HOV控制器設(shè)計(jì) 185
7.2.3 系統(tǒng)魯棒性分析 192
7.2.4 半物理仿真系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 196
7.3 基于結(jié)構(gòu)奇異值μ的水下機(jī)器人魯棒控制 201
7.3.1 結(jié)構(gòu)奇異值μ魯棒控制基礎(chǔ)理論 201
7.3.2 基于結(jié)構(gòu)奇異值μ的HOV控制器設(shè)計(jì) 205
7.3.3 控制系統(tǒng)性能分析 208
7.3.4 半物理仿真系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 212
7.4 本章小結(jié) 217
參考文獻(xiàn) 218
附錄 220
附錄Ⅰ 符號(hào)表 220
附錄Ⅱ 中英文縮寫對(duì)照表 225
索引 229
彩圖
叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)研究背景及意義 1
1.2 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)基礎(chǔ) 4
1.2.1 水下機(jī)器人建模技術(shù)基礎(chǔ) 4
1.2.2 水下機(jī)器人系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 6
1.3 建模與仿真技術(shù)發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì) 9
1.3.1 建模與仿真技術(shù)發(fā)展概況 9
1.3.2 建模與仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 13
1.4 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 14
1.4.1 自主水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 14
1.4.2 載人潛水器建模與仿真技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 18
1.4.3 水下機(jī)器人建模與仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 21
參考文獻(xiàn) 21
2 水下機(jī)器人建模基礎(chǔ)理論與方法 24
2.1 水下機(jī)器人機(jī)理建模法 24
2.1.1 推進(jìn)系統(tǒng)分立件模型 24
2.1.2 水下機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 28
2.2 水下機(jī)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(jī)器人隨機(jī)建模法 41
2.3.1 傳感器隨機(jī)建模法 42
2.3.2 海浪隨機(jī)建模法 43
2.4 水下機(jī)器人相似建模法 44
2.4.1 基于勢(shì)流理論的海流建模法 44
2.4.2 基于線性波理論的海流建模法 47
2.4.3 基于水動(dòng)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(jī)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(jī)器人系統(tǒng)建模技術(shù)的集成 55
2.7 本章小結(jié) 55
參考文獻(xiàn) 56
3 水下機(jī)器人數(shù)值仿真基礎(chǔ)理論與方法 58
3.1 數(shù)值仿真算法的穩(wěn)定性與仿真精度 58
3.1.1 數(shù)值仿真算法的穩(wěn)定性 58
3.1.2 數(shù)值仿真過程的誤差 59
3.1.3 數(shù)值仿真步長(zhǎng)的選擇 60
3.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)值仿真算法 60
3.2.1 數(shù)值積分法 61
3.2.2 離散相似法 63
3.3 離散事件系統(tǒng)的數(shù)值仿真算法 63
3.4 智能優(yōu)化算法 64
3.4.1 遺傳算法 65
3.4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 65
3.4.3 模擬退火算法 66
3.4.4 蟻群算法 67
3.5 基于專業(yè)軟件的數(shù)值仿真 67
3.5.1 基于MATLAB的數(shù)值仿真 67
3.5.2 基于Simulink的數(shù)值仿真 71
3.5.3 基于Visual C 的數(shù)值仿真 74
3.5.4 基于Google Earth的數(shù)值仿真 76
3.5.5 基于Vega Prime虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)值仿真 78
3.5.6 基于多種軟件的水下機(jī)器人聯(lián)合數(shù)值仿真 82
3.6 水下機(jī)器人數(shù)值仿真應(yīng)用案例 86
3.6.1 水下機(jī)器人MATLAB仿真應(yīng)用案例 86
3.6.2 水下機(jī)器人Simulink仿真應(yīng)用案例 87
3.6.3 水下機(jī)器人Google Earth與Visual C 聯(lián)合仿真應(yīng)用案例 88
3.6.4 水下機(jī)器人MATLAB與Visual C 聯(lián)合仿真應(yīng)用案例 89
3.7 本章小結(jié) 91
參考文獻(xiàn) 91
4 水下機(jī)器人半物理仿真技術(shù)及應(yīng)用 93
4.1 水下機(jī)器人硬件在回路仿真技術(shù) 93
4.1.1 水下機(jī)器人系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù) 94
4.1.2 水下機(jī)器人控制器在回路半物理仿真技術(shù) 96
4.2 自主水下機(jī)器人控制器在回路仿真案例 100
4.2.1 控制策略及參數(shù)調(diào)試 100
4.2.2 輔助自主水下機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 106
4.2.3 輔助自主水下機(jī)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(shù)調(diào)試 112
4.3.2 輔助7000米載人潛水器的實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 118
4.3.3 輔助7000米載人潛水器水池試驗(yàn)及海試 120
4.3.4 下潛人員培訓(xùn)和訓(xùn)練 121
4.4 水下機(jī)器人半物理仿真系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益 121
4.5 本章小結(jié) 122
參考文獻(xiàn) 122
5 水下機(jī)器人全物理仿真技術(shù)及應(yīng)用 125
5.1 水下機(jī)器人全物理仿真技術(shù) 126
5.1.1 便攜式水下機(jī)器人及其相關(guān)參數(shù) 126
5.1.2 水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性全物理仿真技術(shù) 127
5.2 傳感器負(fù)載的模擬技術(shù) 130
5.2.1 姿態(tài)信號(hào)模擬技術(shù) 130
5.2.2 深度信號(hào)模擬技術(shù) 132
5.2.3 衛(wèi)星定位信號(hào)模擬技術(shù) 133
5.2.4 DVL信號(hào)模擬技術(shù) 134
5.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載的模擬技術(shù) 136
5.3.1 推進(jìn)器負(fù)載模擬技術(shù) 136
5.3.2 舵機(jī)負(fù)載模擬技術(shù) 137
5.4 便攜式水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性全物理仿真案例 140
5.5 本章小結(jié) 141
參考文獻(xiàn) 141
6 水下機(jī)器人狀態(tài)估計(jì)算法仿真研究 143
6.1 基于UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 143
6.1.1 UKF算法 143
6.1.2 基于UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì) 147
6.1.3 仿真驗(yàn)證 148
6.2 基于自適應(yīng)UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 152
6.2.1 自適應(yīng)UKF算法 152
6.2.2 仿真驗(yàn)證 157
6.3 基于平方根UKF的AUV狀態(tài)和參數(shù)聯(lián)合估計(jì)算法 162
6.3.1 平方根UKF算法 163
6.3.2 仿真驗(yàn)證 164
6.4 UKF及其相關(guān)算法的比較 166
6.5 本章小結(jié) 167
參考文獻(xiàn) 168
7 水下機(jī)器人控制算法仿真研究 170
7.1 基于MLQG控制算法的仿真研究 172
7.1.1 HOV系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 172
7.1.2 MLQG控制器設(shè)計(jì) 173
7.1.3 仿真驗(yàn)證 176
7.2 基于H∞混合靈敏度的水下機(jī)器人魯棒控制仿真研究 180
7.2.1 H∞魯棒控制基礎(chǔ)理論 180
7.2.2 基于H∞混合靈敏度的HOV控制器設(shè)計(jì) 185
7.2.3 系統(tǒng)魯棒性分析 192
7.2.4 半物理仿真系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 196
7.3 基于結(jié)構(gòu)奇異值μ的水下機(jī)器人魯棒控制 201
7.3.1 結(jié)構(gòu)奇異值μ魯棒控制基礎(chǔ)理論 201
7.3.2 基于結(jié)構(gòu)奇異值μ的HOV控制器設(shè)計(jì) 205
7.3.3 控制系統(tǒng)性能分析 208
7.3.4 半物理仿真系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 212
7.4 本章小結(jié) 217
參考文獻(xiàn) 218
附錄 220
附錄Ⅰ 符號(hào)表 220
附錄Ⅱ 中英文縮寫對(duì)照表 225
索引 229
彩圖
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