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原文传递跨介质航行器运动控制研究

论文题名：	跨介质航行器运动控制研究
关键词：	跨介质航行器;控制系统;硬件设计;软件开发
摘要：	跨介质航行器是近年来提出的一种兼具水下和空中航行器特点的新型航行器。跨介质航行器综合两种介质下航行器的特点，摆脱了单一介质下的束缚，能够执行空中、水下和交叉介质下的任务。但是在跨介质航行器出/入水过程中，诸如运动建模困难、受力变化剧烈、环境干扰引起的波动较大以及入水时受到较大冲击载荷等问题，是跨介质航行器运动控制研究亟需解决的难题。　　跨介质航行器所处的介质的特性以及跨介质的任务要求，决定了航行器在运动建模和控制过程中面临的复杂性和深入研究的必要性，具有强非线性的特点。解决航行器运动过程中的非线性控制问题是本文的主要研究内容，主要包括: 　　改变常规欧拉变换顺序，建立了跨介质航行器的运动学模型，避免运动学计算过程出现奇点现象;在分析航行器主要受到的力和力矩基础上，利用牛顿欧拉方法建立了航行器的动力学模型，为跨介质航行器运动控制研究奠定基础。　　设计了跨介质航行器控制系统，完成了推进系统的实验。首先介绍了跨介质航行器控制系统的硬件组成;完成硬件选型基础上，设计了跨介质航行器在水下和空中任务控制的软件实现设计;设计了航行器推进系统实验。　　设计了航行器的运动控制器，针对跨介质航行器的水下滑翔、跨介质出水和空中大角度起飞这三个关键任务，完成了航行器对应阶段下仿真实验，并将结果加以对比，验证了航行器运动控制器性能。　　考虑航行器受到的环境干扰，设计了航行器干扰控制器，通过扰动观测器完成了对航行器受到干扰力和力矩的估计，将干扰的估计结果视为系统的外力输入，完成了航行器环境干扰下的运动控制仿真，验证了环境干扰对航行器运动控制仿真的影响和干扰观测器的准确性。
作者：	王乐
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
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：	2022