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立扁体AUV的操纵性与运动控制研究
| 论文题名： | 立扁体AUV的操纵性与运动控制研究 |
| 关键词： | 全海深AUV;空间螺旋运动;无动力下潜;运动控制;操纵性 |
| 摘要： | 全海深AUV是当前水下机器人研究领域的热点问题之一，由于其上浮和下潜时间过长，需要减小下潜和上浮时的垂向阻力，因此，可以将AUV设计成立扁体的外形结构，减小垂直面的迎流面积，进而减小垂向阻力。对于立扁体 AUV，由于其外形结构的特殊性，与圆柱体AUV存在明显的区别，因此其动力学特性需要重点考虑。本文即基于此，对立扁体AUV的操纵性和运动控制问题展开分析研究。 首先，建立立扁体AUV的六自由度空间运动模型。为了研究方便，将六自由度模型解耦，分别建立水平面和垂直面的三自由度动力学模型。其次，对立扁体AUV进行操纵性仿真预报。在水平面上，先进行立扁体AUV的水平面运动稳定性分析，然后进行纵向航速仿真、水平面回转运动仿真，得到AUV水平面运动的机动性能指标。在垂直面上，依然先进行垂直面稳定性分析，然后进行垂向速度仿真，在此基础上进行空间定常螺旋运动仿真，得到AUV垂直面运动的机动性能指标。再将立扁体AUV的运动特征与圆柱体AUV进行对比，得到对立扁体AUV进行操纵与控制的有关结论。最后，针对全海深AUV的研究背景，对立扁体AUV进行无动力下潜方案分析，并最终得到该AUV无动力下潜的最佳方案。 然后，结合立扁体AUV的运动特性设计了模糊控制器，并进行定速、定向和定深控制仿真实验，与PID控制器相比较，得到模糊控制器的优、缺点。然后，针对模糊控制器的缺点，设计了改进自适应模糊控制器，并进行了相应的仿真实验，实验结果与模糊控制器的结果相对比，证明了该控制器的优越性。 最后，利用改进自适应模糊控制器对立扁体AUV进行路径跟随控制仿真实验，以进一步验证其在立扁体AUV的运动控制上的有效性和适用性。采取根据位置偏差和航向偏差得到参考艏向角的制导方法，使AUV在跟踪过程中不断地调整艏向和自身坐标，以靠近、并最终收敛到目标路径上，实现AUV的路径跟随控制。仿真实验设定了直线的路径跟随、四边形的路径跟随以及余弦曲线的路径跟随控制，实验结果表明，改进自适应模糊控制器能够很好地实现立扁体AUV对期望路径的跟踪，达到较为理想的路径跟随效果。 |
| 作者： | 龚昊 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李晔 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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