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多自由度仿生水下航行器的设计及控制
| 论文题名： | 多自由度仿生水下航行器的设计及控制 |
| 关键词： | 水下航行器;结构设计;多自由度组合;仿生推进;控制系统 |
| 摘要： | 无人水下航行器在军事、民用等各领域都有广泛的应用前景，相比于传统的螺旋桨推进，模仿鱼类游动等的仿生推进方式在效率、隐蔽性及机动性上表现出了更加明显的优势。但同时尾鳍摆动等方式具有横向力较大、推进力周期变化等特点，推进稳定性不尽如意，增加运动自由度如长鳍波动方式，有望显著增强稳定性。本文针对多自由度组合仿生推进方式，分析其推进能力，设计基于中枢模式发生器(CPG)的控制系统，具体工作包括: 1.基于CPG中的相位振荡器模型，设计了针对四尾鳍、八舵机的控制系统。分析了各耦合系数对振幅、偏移量和相位差的收敛速度的影响，讨论了多个控制目标参数同时变化时CPG模型的响应特性。结果表明，CPG模型在目标参数变化时可以快速、稳定的收敛到新状态，且实现了航行器偏航、俯仰的自动反馈控制。 2.基于商业计算软件Fluent，采用动网格，由数值模拟对自由游动状态下的双长鳍波动推进模型进行了考察。从推力、侧向力以及功率等方面考察了频率、振幅、波数和鳍高鳍长比等参数对组合长鳍波动推进能力的影响，以对波动长鳍组合推进样机研制参数的选取提供一定的指导。 3.针对四长鳍推进样机设计了CPG控制系统。对4组、36个舵机建立了相应的CPGs拓扑结构;以PIC单片机为控制芯片、陀螺仪为传感器，建立了航向反馈控制方案。仿真结果表明，各机动动作间的转换均可以在一个周期内实现;反馈控制力矩根据偏离角度自适应调节，以保证模型游动时的稳定性。 |
| 作者： | 王彤 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 秦丰华;杨基明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国科学技术大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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