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矢量推进水下航行器动力学建模及动力学行为研究
| 论文题名： | 矢量推进水下航行器动力学建模及动力学行为研究 |
| 关键词： | 矢量推进;水下航行器;动力学建模;动力学行为;数学模型 |
| 摘要： | 近几年来,我国开始注重深海资源的开发与利用。深海丰富的资源能够解决当前我们面临的资源短缺问题。这为水下航行器研究提供了广泛的背景与需求。由于海流、海浪等工作环境干扰大,海洋环境恶劣,对水下航行器的要求越来越高。ROV(Remote Operated Vehicle)的研究已较成熟,由于AUV(Autonomous Underwater Vehicle)有比它更好的性能,因此目前AUV是水下航行器研究的热点。而许多AUV在执行任务时,往往航行速度较低。传统的舵控制AUV在低速下操纵性低,无法满足控制要求。矢量推进式AUV由于其在低速下还具有很好的操纵性,这使得矢量推进式AUV具有极大的研究意义。 首先建立矢量推进式AUV的数学模型,再用软件仿真和经验公式计算,对水动力系数进行计算。由于AUV的横向-横滚运动、水平面运动与纵垂直面运动存在着耦合关系,提出相应的解耦方法。最后在数学模型和水动力系数的基础上,研究矢量推进式AUV的动力学行为。 本文研究的深水 AUV采用单矢量推进器进行航向控制的自治式水下航行器,与采用传统的鳍舵进行航向控制的AUV相比,具有更好地低速操控性及定位精度。根据单矢量推进式AUV的特点,将AUV的推力视为螺旋浆转速及矢量推进器摆角的函数,运用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度运动学模型动力学模型,采用四阶五级龙格-库塔方法对单矢量推进式AUV动力学模型进行了求解,在 Matlab环境下对其动力学行为进行了仿真预测,并通过湖试验证了所建模型的正确性,为控制系统的设计奠定了基础。 本文主要的研究内容有: 1、在不考虑浮力系统的情况下,将 AUV近似视为一个刚体,运用刚体的动力学定理和运动学推导得到了AUV的数学模型。 2、运用Fluent软件计算 AUV的水动力系数,查找鱼雷、潜艇等的外形与AUV相似的水下航行器的经验公式对水动力系数进行估算,再对两种方法所得的结果进行比较。 3、运用MATLAB和已经得到的数学模型和水动力系数对AUV进行仿真,分别对耦合度较弱的水平面及垂直面进行仿真,并仿真空间螺旋上升运动。同时对仿真结果进行分析。 4、研究深水AUV在试验阶段增加的尾翼对AUV整体稳定性的影响。 |
| 作者： | 林秀桃 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 尹燕;孙思萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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