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长航程AUV动态节能优化研究的开题报告
一、选题背景和意义
近年来，自主式水下无人机（AUV）已经逐渐成为水下勘查、水下地质、水下制图、水下搜救、水下监测等领域的主要工具。长时间的深海探测需要AUV能够充分地利用储存的能量，长时间地在大洋中游弋，收集大量的数据。在这个基础上，伴随着海底城市、深海矿产等战略领域的发展，长航程AUV的需求不断增加。但是，目前长航程AUV的真空续航能力还相对薄弱，制约了它的发展。那么如何进行动态节能优化呢？因此，该课题选题具有重大的现实意义和深远的研究意义。
二、研究现状
当前，长航程AUV节能技术的研究已经得到了广泛的关注。目前，针对长时间水下探测任务，计算机科学技术联合无人机自主飞行技术一起开展的多种方法，以优化其动态节能。大量的学者、研究者已经在长航程AUV动态节能优化技术研究上开展了相关的工作，如下：
1.费用敏感控制（CSC）
费用敏感控制（CSC）通过测量传感器、控制系统的能量消耗，控制AUV飞行进行时间和动力的平衡。这种方法有效减少了能量损耗和动量。但是费用敏感控制需要开展更多的实验验证，以确定最适应的使用条件。
2.基于预测的Ethernet/IP网络
基于预测的Ethernet/IP网络利用能量最小化算法来估计AUV的动态方位、速度和能量消耗率。该策略优化了AUV的速度和方向选择，使其保持最小的能量消耗被最大化利用。
3.基于模型预测控制（MPC）
基于模型预测控制（MPC）通过在运动规划的过程中考虑系统的动态特性和负载特性，并使用可扩展的无约束MPC器来实现AUV动态节能。该策略已经成为了控制长航程AUV的标准方法，但其实现复杂性和计算成本也随之增加。
三、研究内容和方法
1.研究内容
本项研究计划通过对长航程AUV动态节能的分析，确定关键控制变量和数学模型。在此基础上，开展动态节能优化研究，包括：优化AUV的飞行轨迹，设计适应性动力控制和传感器管理系统，研究长航程AUV的电力管理，进行动力资源分配和路径规划等。
2.研究方法
通过分析AUV耗能特点，开展数值模拟和验证实验获得数据，分析和评估AUV传感器、控制系统等组成部分的能量消耗，设计动态节能优化策略。主要研究方法包括：1）探索飞行轨迹优化策略，2）研究适应性动力控制和传感器管理系统，3）设计AUV电力管理方案。
四、预期研究结果
1.设计能满足长时间水下探测任务的动态节能优化和限制条件。
2.基于预测的Ethernet/IP网络和MPC技术研究新的动态节能优化策略。
3.实现新的动态节能策略和数值模拟与实验结果比对。
五、研究难点、风险及可行性分析
1.研究难点：本项研究中的最大难点是设计并验证合理的AUV动态节能优化策略。在实践过程中，需要建立动态节能的数学模型，并针对模型进行分析和验证。
2.风险分析：长时间深海探测要求AUV具有长时续航能力，对其动态节能要求较高，同时这也需要在保证探测效率的前提下实现。因此，在研究过程中必须考虑控制策略的有效性和实用性。
3.可行性分析：本项研究具有很大的可行性和实用价值，它可以用于优化长航程AUV的动态节能，在实战中提高AUV的机动性、减少能耗和能耗压力，在实际的水下无人机使用环境中具有很好的应用前景。
六、研究计划和经费预算
1.时间计划：本项研究预计耗时三年，第一年主要集中在动态节能优化策略探索和数学模型分析；第二年主要通过数值模拟和实验验证进行优化和策略实践；第三年主要进行新动态节能策略的开发和实际应用的探索。
2.经费预算：预计需要10万元进行研究经费支撑。主要用于实验设备、测试材料采购和会议、论文出版等支出。
七、研究成果和应用前景
本项研究具有重要的理论意义和技术价值，可以用于提高长航程AUV的机动性、减少能耗和能耗压力，在实际的水下无人机使用环境中具有很好的应用前景。
研究成果主要有以下几方面：
1.对长航程AUV动态节能的分析，并提出针对性策略。
2.设计数学模型，并开展数值模拟和实验验证。
3.开发并应用最优化的AUV动态节能策略。
4.研究成果实现在国内应用，提高水下勘查、水下地质、水下制图、水下搜救、水下监测等领域的应用水平。
总之，本项研究将为长航程AUV的动态节能提供新的思路和方法，提高长航程AUV的水平与水下领域的应用水平，用于解决长时间深海探测等问题，具有重要的理论和现实意义。