本书叙述海洋机器人操纵和控制的基本理论、研究方法和工程应用。全书共8章，着重分析和阐明海洋机器人动力学数学模型与操纵运动性能、水动力系数及其计算、操纵方式和控制力分配，以及运动传感器及数据处理。本书系统性强，注重理论与实践相结合，叙述深入浅出，十分适合入门学习者。

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2001.09-2007.06 哈尔滨工程大学船舶与海洋结构物设计制造专业硕士、博士 2022年 GFKJZY青年人才； 2020年 GJ"WR计划"领军人才； 2015年 GJ"WR计划"青年拔尖人才

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 海洋机器人概念 1
1.2 海洋机器人的研究现状 2
1.2.1 国内外自主水下机器人的研究现状 2
1.2.2 国内外无人水面机器人的研究现状 7
1.3 海洋机器人操纵性概述 12
1.3.1 操纵性的含义 12
1.3.2 操纵性的研究目的及方法 13
第2章 海洋机器人动力学 15
2.1 预备知识 15
2.1.1 向量绝对改变和相对改变的关系 15
2.1.2 质点的线速度和加速度 16
2.2 坐标系及主要参数 18
2.2.1 坐标系及符号规定 18
2.2.2 空间运动假设、平面运动假设和刚体假设 19
2.2.3 水平面运动和垂直面运动的坐标系及主要参数 20
2.3 空间运动受力分析 26
2.3.1 静力 26
2.3.2 流体动力 27
2.3.3 舵力 27
2.3.4 推进器推力 27
2.4 空间动力学模型 28
2.4.1 空间动力学模型概述 28
2.4.2 水平面和垂直面动力学模型 29
第3章 海洋机器人水动力系数 30
3.1 预备知识 30
3.1.1 泰勒展开 30
3.1.2 附加质量 30
3.2 流体动力学概述 32
3.2.1 缓慢运动假设 32
3.2.2 流体动力一般表达式 32
3.2.3 六自由度空间运动方程 34
3.3 惯性类水动力特性分析 36
3.3.1 作用于艇体的惯性类水动力 36
3.3.2 附加质量与加速度系数的对应关系 38
3.4 黏性类水动力系数 39
3.4.1 水平面黏性类水动力系数 40
3.4.2 垂直面黏性类水动力系数 42
3.4.3 舵角系数 44
3.4.4 黏性类水动力系数的符号和意义 44
3.4.5 空间运动中的黏性类水动力系数 45
3.5 水动力系数的获取 46
3.5.1 斜航试验 46
3.5.2 旋臂试验 48
3.5.3 平面运动机构试验 49
3.5.4 基于CFD的拘束船模试验水动力系数测量方法 54
第4章 海洋机器人操纵装置及控制力分配 57
4.1 海洋机器人操纵装置概述 57
4.1.1 以推进器为主的海洋机器人操纵装置 57
4.1.2 以舵翼操纵装置为主的海洋机器人操纵装置 64
4.2 海洋机器人操纵装置的控制 69
4.2.1 螺旋桨推进器的控制 69
4.2.2 操纵面的控制 86
4.3 海洋机器人的控制力分配 91
4.3.1 舵桨联合操纵海洋机器人的控制力分配 91
4.3.2 多推进器操纵海洋机器人的控制力分配 95
第5章 海洋机器人操纵性分析 99
5.1 预备知识 99
5.1.1 运动稳定性的一般概念 99
5.1.2 运动稳定性的一般知识 101
5.2 垂直面直航稳定性 105
5.2.1 静稳定性 105
5.2.2 动稳定性 106
5.3 水平面直航稳定性 112
5.3.1 静稳定性 112
5.3.2 动稳定性 113
5.4 定常回转稳定性 116
5.5 水平面操纵性分析 119
5.5.1 水平面回转运动 119
5.5.2 Z形操纵机动 129
5.6 垂直面操纵性分析 133
5.6.1 等速直线定深运动 133
5.6.2 定常直线潜浮运动 138
5.7 空间定常螺旋运动操纵性分析 140
第6章 海洋机器人运动传感器及其数据处理 142
6.1 海洋机器人运动控制信息 142
6.1.1 运动状态信息 143
6.1.2 环境感知信息 147
6.2 海洋机器人运动传感器 149
6.2.1 声学运动传感器 150
6.2.2 非声学运动传感器 152
6.3 海洋机器人运动传感器数据预处理方法 158
6.3.1 数据预处理的主要技术 158
6.3.2 常用数据野值剔除算法 158
6.3.3 常用数据平滑处理算法 164
6.4 海洋机器人运动传感器数据融合方法 170
6.4.1 数据融合基本原理 170
6.4.2 卡尔曼滤波基本原理 171
第7章 海洋机器人操纵控制建模与分析 174
7.1 全驱动水面机器人的数学模型 174
7.1.1 运动学模型与动力学模型转换 174
7.1.2 运动学模型 176
7.1.3 动力学模型 176
7.2 欠驱动水面机器人的数学模型 186
7.3 全驱动水下机器人的数学模型 186
7.3.1 基于欧拉角的六自由度非线性数学模型 187
7.3.2 基于旋转矩阵的六自由度非线性数学模型 188
7.4 欠驱动水下机器人的数学模型 190
第8章 海洋机器人轨迹跟踪控制技术 192
8.1 考虑输入饱和约束下的水面机器人自适应轨迹跟踪控制 192
8.1.1 基础知识 192
8.1.2 控制器设计 194
8.1.3 稳定性分析 199
8.1.4 水面机器人饱和控制算法仿真验证 201
8.2 基于性能预设的水下机器人轨迹跟踪控制 208
8.2.1 基础知识 208
8.2.2 控制器设计 210
8.2.3 稳定性分析 213
8.2.4 预设性能控制算法仿真验证 216
参考文献 223