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考虑气垫影响下的大尺度无人艇均衡控制系统研究
| 论文题名： | 考虑气垫影响下的大尺度无人艇均衡控制系统研究 |
| 关键词： | 大尺度无人艇;均衡控制系统;操纵性;姿态稳定性 |
| 摘要： | 海军装备的无人化、智能化为当前主流发展趋势，大尺度无人艇是一种具有一定智能性和自主性，能脱离操作人员自主执行任务的新型水下装备。在水下航行过程中，无人艇的均衡控制系统通过舵水并用的控制方法来消除无人艇的浮力差和力矩差，使无人艇在航行期间能够保持姿态稳定以获得良好的操纵性。 由于无人艇上层建筑和压载水舱的结构原因，无人艇向压载水舱注水下潜过程中内部空气难以排空，剩余的空气积聚在上层建筑和压载水舱顶部形成气垫。无人艇在带气垫下潜过程中因为艇体运动使气垫突然被排出或因为水压增加使气垫被压缩导致原本已完成停止间均衡无人艇变为负浮力状态，影响无人艇的操纵性和安全性。 本文根据大尺度无人艇的特性设计水舱均衡系统，完成方案设计和硬件选型。介绍气垫的成因、影响和消除方法，针对气垫产生的负面影响提出一种操舵与调水并用的均衡控制方案，设计可变视线距视线角制导法与变速积分模糊PID结合的深度-纵倾双闭环的舵角控制器作为不均衡量观测器，以观测器输出的无人艇平衡舵角和纵倾角为调水控制器的输入计算不均衡量并进行调水控制消除气垫引起的浮力差和力矩差。采用无人艇数学建模和数字仿真的方式初步验证控制器的有效性。 搭建半实物仿真平台进行水下行进间均衡试验，通过向艏部压载水舱注水模拟气垫排出现象，试验结果证明所设计的均衡控制系统能够有效抵抗气垫的影响，使无人艇快速恢复平衡，同时也验证了其功能完整性和运行可靠性，为后续开展实艇水下行进间均衡试验完成理论准备和前期验证工作。 最后在试验现场开展湖上试验检验均衡控制系统功能。实艇水下行进间均衡试验过程中观测器能够及时观测到不均衡量的变化，但由于未达到均衡启动值没有触发调水控制。试验结果证明均衡控制系统的不均衡量观测器能够正常工作，在无人艇水下航行过程中有效发挥作用。本文研究工作着眼解决工程实际问题，对无人艇受气垫影响下的均衡控制难题开展研究，实现理论向工程实践的转化，具有一定参考价值。 |
| 作者： | 邵应杰 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 刘炎;徐国华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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