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沈陽自動化所在海洋觀測無人帆船設(shè)計與優(yōu)化方面取得新進展

2022-05-24 14:01:37來源：沈陽自動化所 閱讀量：191 評論

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　　無人帆船是一種以風(fēng)能海洋環(huán)境為驅(qū)動動力的新型海洋機器人，適用于長時間、大范圍海氣界面觀測作業(yè)，具有遠(yuǎn)程可控、數(shù)據(jù)實時傳輸、低成本的特點。與傳統(tǒng)的海洋移動觀測平臺相比，無人帆船可以實現(xiàn)低成本的長航時、大范圍、高時空分辨率海洋觀測，特別是海氣界面的海表氣象數(shù)據(jù)和次表層海洋數(shù)據(jù)等海洋環(huán)境要素的精細(xì)觀測。
 
　　近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所海洋機器人前沿技術(shù)中心研發(fā)團隊在無人帆船設(shè)計方面研究取得新進展。相關(guān)成果以Towards a General Design Evaluation Tool: The Development and Validation of a VPP for Autonomous Sailing Monohulls為題發(fā)表在海洋工程領(lǐng)域期刊Applied Ocean Research上。
 
　　航行速度是單體無人帆船的一個重要性能指標(biāo)，它對無人帆船在海洋科學(xué)任務(wù)中的區(qū)域通過性、水團跟蹤能力和觀測效率有較大影響。由于單體無人帆船的船體和龍骨的設(shè)計通常基于任務(wù)需求，采用傳統(tǒng)的、基于經(jīng)驗公式和梯度求解器的速度預(yù)測程序(VPPs)來估計速度性能會導(dǎo)致較大的誤差。
 
　　科研人員提出了一種通用的VPP，用于幫助設(shè)計者在設(shè)計初始階段有效的評估特定設(shè)計在各種風(fēng)力條件下的速度性能?？蒲腥藛T一是創(chuàng)新性地開發(fā)了一個增強的遺傳算法(GA)求解器，用來幫助VPP在沒有先驗性能估計的情況下快速收斂；二是創(chuàng)新性地提出了一個基于鄰域信息的優(yōu)化(NIBO)策略，在獨立預(yù)測每個外界條件下的性能后，進一步利用相鄰狀態(tài)(相同的真風(fēng)速或真風(fēng)角)的鄰域信息加速和優(yōu)化速度預(yù)測過程。
 
　　基于“海鷗號”無人帆船的數(shù)值仿真和試驗證明，該方法可以作為一個有效的無人帆船設(shè)計評估工具。“海鷗”號無人帆船以風(fēng)力作為航行驅(qū)動力，用太陽能為控制系統(tǒng)和傳感器供電，可實現(xiàn)長時間連續(xù)作業(yè)。
 
　　沈陽自動化所海洋機器人前沿技術(shù)中心研發(fā)團隊自2018年起對面向海洋觀測的無人帆船的航行機理、設(shè)計與優(yōu)化等問題展開基礎(chǔ)性研究，并研發(fā)出一型樣機“海鷗號”。相關(guān)論文發(fā)表在海洋工程領(lǐng)域期刊Ocean Engineering和Applied Ocean Research上。
 
　　該系列研究得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金等大力支持。(海洋機器人前沿技術(shù)中心)
 


預(yù)測結(jié)果與海試數(shù)據(jù)對比
 


“海鷗”號無人帆船航速性能預(yù)測結(jié)果

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