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小型复合式水下航行器的设计与控制研究
| 论文题名： | 小型复合式水下航行器的设计与控制研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;定深控制;静力学分析 |
| 摘要： | 水下航行器作为重要的海洋装备被世界各国所关注，它在民用和军用方面具有广泛的用途。目前主流的水下航行器集成化高，功能单一，且民用率不高，因此研发一款轻量化的水下航行器对我国海洋装备的发展具有重要意义。本文主要研制了一款轻量化的ARV(Autonomousamp;Remotely-operatedVehicle)，采用计算机建立其结构模型，并对其进行数值模拟研究其作业性能，针对ARV的水下控制方面，设计了其硬件电路，并提出了泛布尔PID控制器的控制策略。具体工作为： （1）采用了流线型作为ARV的主体结构，依照模块化设计的思路，通过计算机建立结构模型。按照作业深度的设计要求，对重点承压器件电子舱进行深入研究，最终以铝合金6061作为主体材料，采用圆柱形电子舱配合平板形电子舱封头作为主体。对电子舱主体开展了静力学研究，对关键承压器件进行局部加强，确保整体强度满足设计要求。 （2）依据ARV主体结构，建立坐标系和数学模型，进行运动学和动力学分析。在合理的范围内简化模型，计算水动力学系数，进一步的推导出ARV的水平面动力学方程和垂直面动力学方程，为后续的控制仿真与分析提供了理论支撑。进一步利用数值仿真软件，开展了其水动力学特性的仿真和研究。 （3）针对ARV的水下作业功能，设计了整套控制系统。按照设计要求，采用合适的传感器，围绕STM32主控单元，搭建其外围硬件电路。嵌入式软件系统采用了FREERTOS系统作为STM32主控芯片的实时操作系统，开辟四个任务，负责数据采集、姿态控制等进程。在AUV模式下，提供了自主航行的方位计算和路线控制等功能。 （4）在ARV的运动控制方面，本文深入研究了PID控制器和九点控制器，并将其结合，提出了泛布尔PID控制器，并详细阐述了该控制理念及各参数的控制作用。借助MATLAB的Simulink工具搭建数学模型，进行了控制系统的仿真，通过与传统的PID控制效果进行对比，验证了算法的可行性。 |
| 作者： | 董路 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 郝宗睿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 齐鲁工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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