原文传递
飞翼式水下滑翔机动力学分析与控制策略研究
| 论文题名： | 飞翼式水下滑翔机动力学分析与控制策略研究 |
| 关键词： | 水下滑翔机;动力学模型;运动特性;控制策略 |
| 摘要： | 水下滑翔机是一种造价低、噪声小、续航能力强的智能水下机器人，在海洋环境研究、海洋资源探测等方面有着广阔的应用前景。常规水下滑翔机的外形由回转体艇身、水平翼、附体组成，由于运动时艇体几乎不产生升力，所以其滑翔比受到了限制。飞翼式水下滑翔机是一种特殊架构的水下滑翔机，通过将艇体隐藏在水翼中构成翼身一体架构，从而使整体翼身产生升力，获得更大的滑翔比。由于水下滑翔机的水动力特征会影响其运动特性，为了充分了解其动力学行为与控制特性，本文针对飞翼式水下滑翔机进行了动力学分析与控制策略研究。 首先基于牛顿-欧拉方程，对飞翼式水下滑翔机建立了两种动力学模型，一种是用于稳态分析、运动性能预报的稳态分析模型；另一种是用于运动实时仿真、控制器设计的控制器设计模型。在此过程中，考虑了飞翼式水下滑翔机前后非对称的因素，以及调节过程中浮力调节装置位于艏部对载体姿态的影响。基于动力学模型，研究了飞翼式水下滑翔机空间、纵向平面内的稳态运动分析方法。以“科星III”号原理样机为研究对象，介绍了模型参数的求解过程，提出了考虑空间耦合影响的粘性类水动力拟合公式。然后对稳态滑翔运动进行分析预报，从而建立速度、攻角、俯仰角与净浮力、重心纵向位置的关系，对飞翼式水下滑翔机的动力学特性进行了总结。预报结果表明飞翼式水下滑翔机可以实现大滑翔比的高效运动。针对水下滑翔机在运动过程中存在控制延时的特点，结合模糊技术和S控制法，设计了一种基于T-S推理的模糊非线性PD控制器。对纵向平面的滑翔轨迹控制进行仿真试验，分别与S面控制器和PID控制器进行了比较，结果证明了模糊非线性PD控制器的优越性。 最终，在理论研究基础上，设计了运动控制系统，并成功的应用于“科星III”号原理样机上。基于样机展开的水池试验研究，试验结果验证了动力学模型运动性能预报的有效性。本文通过理论结合试验研究，揭示了飞翼式水下滑翔机的运动特性，为其实际应用奠定了坚实的基础。 |
| 作者： | 王子豪 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 庞硕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
