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四旋翼水下航行器的运动建模及可视化仿真
| 论文题名： | 四旋翼水下航行器的运动建模及可视化仿真 |
| 关键词： | 四旋翼水下航行器;运动控制;可视化仿真;PID控制器 |
| 摘要： | 人口总数的急剧增长导致资源短缺问题的凸显，军事对弈从陆、空延伸至海洋，人类对于海洋的兴趣愈来愈浓冽，各国海洋相关技术的竞争也在白热化。水下航行器作为探索海洋的主要工具，与其相关的技术研究都在快速发展，特别是自主水下航行器AUV，相较于其他类型航行器具有灵活运动、可下潜深度大、智能控制和成本低等优点，已经成为水下航行器的主角。课题组以搜索水雷、监测海底电缆为目标，期望自主研发一种四旋翼无人水下航行器。通过阅读相关文献，了解水下航行器的发展、现状和趋势，参考现有积累，本文完成了四旋翼无人水下航行器的空间运动模型、运动控制、可视化仿真的研究。 首先，本文说明了四旋翼驱动系统的运行方法和优点，提出设计初衷，并对其进行受力分析，计算了四个驱动的推力分布公式，再加上位姿变化规律，构建完整的空间运动方程。并且在Matlab的Simulink环境中搭建运动仿真模型，计算潜水器的位移、速度等运动参数。 紧接着在数学模型的基础上，设计控制策略。总结目前适用于水下航行器的运动控制方法，针对四个驱动的对象，阐述了通过推力反解进行控制的思路。基于解耦和小扰动理论，先简化空间运动模型简化，然后采用PID控制器，通过Matlab仿真，观察控制器的效果，实现航行器的航速、航向和深度控制。 最后搭建了一个可视化仿真平台。一开始，借助Matlab虚拟现实工具箱，直接实现可视化输出。为了实现更逼真的环境模拟，利用Unity3D开发工具，构造水下环境、渲染航行器模型、添加碰撞检测、进行视角设计，实现运动可视化仿真。 |
| 作者： | 梁慧琳 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 项基 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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