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UUV面向近岸浅海环境的流场适应性方法研究
| 论文题名： | UUV面向近岸浅海环境的流场适应性方法研究 |
| 关键词： | 近岸浅海环境;UUV技术;路径规划;流场干扰;滑模控制;A*算法 |
| 摘要： | UUV(Unmaned Underwater Vehicle)主要在海洋环境中进行试验,特别是近岸浅海环境下,在近岸浅海环境中海流对UUV的影响尤为明显,因此本文主要研究UUV对近岸浅海流场的适应性。具体从路径规划和运动控制两个方面来论述,海流环境下UUV路径规划方面,文中提出一种基于时间最优的路径搜索算法A*算法,在水平面中建立了多种海流模型,然后运用上述建立的海流模型验证了UUV路径规划算法的有效性;在流场环境干扰下UUV的运动控制方面,文中提出了具有稳定性等优点的迭代滑模控制器,针对UUV的推进器和舵机所具有的非线性特性设计出了速度控制器和航向控制器,然后加入各种不同的流场干扰来仿真验证控制器的准确性。 针对本研究课题文中以北飒所独立研制的某型号UUV为研究背景,建立了UUV的运动模型,开始对课题展开了深入研究。论文主要做了如下工作: 第一研究了关于UUV当前的国内外背景和意义,分析了近岸浅海流场的特点以及其与深海流场的区别,从两方面给出了当前关于UUV在流场方面的研究情况。 第二建立了研究所需的两个运动坐标系,给出了UUV空间模型方程,研究了海流绝对速度与相对速度之间的关系,从力学的角度分析了流场对UUV的航速、漂移以及舵机等方面的影响。 第三提出了路径规划算法A*搜索以及平滑曲线方法B样条函数,在水平面上建立了定常流、涡流等典型的流场模型,并通过上述建立的涡流场模型来验证UUV的路径规划算法。 第四介绍了变结构控制算法并针对具体的系统分析了滑模控制,提出了迭代滑模控制器并对其进行控制器设计及稳定性分析;在水平面上设计加入流场干扰的控制器,然后对其进行仿真验证。 第五描述了UUV仿真平台的软、硬件系统,分别从定常流、反向流及涡流等不同的流场对UUV的路径规划算法进行仿真验证,在定常流和涡流干扰下对UUV的运动控制器进行仿真验证。 通过对流场环境下UUV的路径规划以及流场干扰下UUV的运动控制两个方面的研究来说明UUV对近岸浅海流场的适应性。路径规划方面通过A*搜索算法的使用以及运动控制方面通过迭代滑模控制器的运用,极大的提高了UUV对近岸浅海环境下流场的适应性。 |
| 作者： | 张龙海 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 严浙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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