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重于水型AUV运动特性分析与控制仿真研究
| 论文题名： | 重于水型AUV运动特性分析与控制仿真研究 |
| 关键词： | 自治潜水器;运动特性;动态仿真;浮力调节装置;工作原理 |
| 摘要： | 自治潜水器（Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV）在海洋资源开发领域的应用范围日益扩大，已经成为不可或缺的研究和作业工具。但是随着海洋资源开发的难度增加，对水下作业工具的要求也不断提高。传统的AUV为中性浮力设计，需要携带大量的浮力调节装置，因此体积和重量都较大，能耗也随之增大，同时影响它的机动性能。具有良好的机动性能和更低廉的经济成本成为AUV发展的趋势之一。本文提出的一种新型的重于水型AUV的概念正是为了适应潮流。该AUV具有类似固定翼飞机外形，可以在负浮力的情况下在水中航行，运动时通过自身大尺度机翼来提供足够的浮力，而不需要携带浮力材料。因而可以在设计上减小AUV体积，提高航行机动性能等。 重于水型AUV最主要特点是它依靠机翼产生的升力平衡水中的剩余重量。由于其外形与飞机相似，所以其运动兼有飞机与潜水器的特点。本文围绕重于水型AUV特有的运动特性，主要完成了以下几方面工作: 1)建立了重于水型AUV六自由度数学模型，并根据飞机小扰动原理，分别建立AUV的纵向和横向小扰动运动模型。 2)基于重于水型AUV纵向运动的动力稳定性和模态特性，深入分析了重于水型AUV纵向运动特性，包括大阻尼特性、纵倾角反馈特性、弱舵效特性等。 3)基于重于水型AUV横向运动的稳定性和模态特性，深入分析了重于水型AUV横向运动特性，包括滚转角反馈特性、副翼操作特性、方向舵操作特性、艏向操作特性等。 4)利用H∞控制方法来设计重于水型AUV的角度控制和位移控制。详细推导了纵倾角和艏向角控制律设计;深度和侧向位移控制律设计，通过简化后模型的仿真计算结果表明方法的可行性。 5)介绍重于水AUV的风洞试验和水池试验的过程，以及得到相关的结论，试验表明重于水型AUV的概念可行，且在航行机动性能上存在优势。 |
| 作者： | 应思斌 |
| 导师： | 葛彤 |
| 授予学位： | 博士后 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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