水下無人航行器（Unmannd Underwater Vehicle,UUV）在海洋科學調查、水下目標勘察、搜救打撈等方面已經(jīng)成為了一種強有力的工具,并且隨著人們對海洋開發(fā)力度的加大,而顯現(xiàn)出了廣闊的應用前景。然而受到能源的限制,目前的UUV都不能進行長時間的工作。針對海洋環(huán)境監(jiān)測和水下潛伏等任務,為了在有限的能源下延長工作時間,本文對UUV的坐底策略和控制方法進行了研究。分析研究了UUV坐底所需要的功能和環(huán)境約束,結合在實際坐底過程會遇到的問題,設計了一種UUV坐底控制策略,并針對坐底過程中的幾個關鍵問題進行了詳細的研究。主要包括以下幾個方面:首先,分析了UUV著陸坐底的約束條件,設計了UUV分階段的坐底策略與控制流程。通過從能源、導航和環(huán)境擾動方面考慮得到了UUV坐底所需要具備的功能;從坐底的安全性和穩(wěn)定性方面考慮,得出了坐底的約束條件。對應坐底式UUV的功能需求給出了系統(tǒng)的組成結構,結合坐底任務的特點設計了分階段實現(xiàn)的坐底策略和坐底控制流程。其次,設計了基于海底地形高程平差模型的UUV坐底點選擇方法。針對坐底位置的選取問題,設計了基于多波束聲吶的海底地形構建方法。UUV通過按照梳... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 具備坐底值守功能的UUV研究現(xiàn)狀
    1.3 UUV坐底策略與位姿控制技術研究現(xiàn)狀
        1.3.1 水下潛器坐底技術研究現(xiàn)狀
        1.3.2 水下無人航行器位姿保持技術研究現(xiàn)狀
    1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 UUV坐底任務分析與策略設計
    2.1 引言
    2.2 著陸坐底式UUV功能需求分析
        2.2.1 UUV坐底的節(jié)省能耗需求分析
        2.2.2 UUV坐底的導航定位需求分析
        2.2.3 UUV坐底過程變浮力需求分析
        2.2.4 UUV坐底的位姿保持需求分析
    2.3 UUV坐底任務的環(huán)境約束條件分析
        2.3.1 UUV坐底的海底地形與底質約束
        2.3.2 UUV坐底的海流約束
        2.3.3 UUV坐底的海深約束
    2.4 具有坐底功能UUV組成結構
    2.5 UUV坐底的策略與流程設計
        2.5.1 大深度海底著陸策略設計
        2.5.2 大深度海底坐底控制流程設計
    2.6 本章小結
第3章 海底局部地形構建與坐底位姿選取
    3.1 引言
    3.2 海底局部地形模型的構建
        3.2.1 UUV多波束聲吶的探測原理與系統(tǒng)組成
        3.2.2 多波束探測數(shù)據(jù)處理
        3.2.3 多波束聲吶的選取與海底局部地形構建
    3.3 非平整地形下坐底位置的選擇
    3.4 定向流下的坐底艏向選取
    3.5 本章小結
第4章 UUV坐底過程建模與分析
    4.1 引言
    4.2 UUV運動建模
        4.2.1 坐標系的建立及坐標轉換
        4.2.2 UUV水下著陸時的動力學模型
    4.3 UUV坐底作業(yè)任務過程的干擾分析
        4.3.1 浮力變化分析
        4.3.2 海流干擾分析
    4.4 浮力調節(jié)系統(tǒng)與推力分配
        4.4.1 浮力調節(jié)系統(tǒng)
        4.4.2 UUV的推力分配
    4.5 UUV動力學模型的仿真驗證
    4.6 本章小結
第5章 海流干擾下UUV著陸坐底控制方法
    5.1 引言
    5.2 滑模變結構控制方法概述
        5.2.1 滑�？刂品椒ㄔ赨UV坐底過程中的適用性分析
        5.2.2 滑模變結構控制的基本原理
        5.2.3 UUV滑模動態(tài)控位控制結構
    5.3 海流干擾下UUV艏向控制器設計
        5.3.1 海流干擾下UUUV艏向控制結構
        5.3.2 UUV艏向控制器的設計
        5.3.3 UUV艏向控制器驗證
    5.4 UUV滑模動態(tài)位置保持控制器的設計
        5.4.1 UUV動態(tài)位置保持控制結構
        5.4.2 UUV滑模動態(tài)位置保持控制器設計
        5.4.3 UUV滑模動態(tài)位置保持控制器驗證
    5.5 不平衡力作用下UUV縱傾控制器設計
        5.5.1 不平衡力作用下UUV縱傾控制器結構
        5.5.2 縱傾控制器與浮力調節(jié)控制單元的設計
        5.5.3 縱傾控制器驗證
    5.6 本章小結
第6章 UUV坐底實驗驗證與分析
    6.1 引言
    6.2 UUV下潛階段實驗驗證分析
    6.3 UUV坐底位置搜索實驗驗證分析
    6.4 UUV穩(wěn)定著底實驗驗證分析
    6.5 綜合實驗驗證分析
    6.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]深海AUV下潛過程浮力變化研究[J]. 武建國,徐會希,劉健,王曉飛.  機器人. 2014(04)
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[5]帶有輸入時滯的動力定位船魯棒滑�？刂芠J]. 謝文博,付明玉,丁福光,張健.  哈爾濱工程大學學報. 2013(10)
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[9]蛟龍?zhí)栞d人潛水器無動力潛浮運動分析系統(tǒng)開發(fā)[J]. 潘彬彬,崔維成,葉聰,劉正元.  船舶力學. 2012(Z1)
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博士論文
[1]著陸式AUV動力學行為與控制策略研究[D]. 杜兵.天津大學 2012
[2]水下航行器導航及數(shù)據(jù)融合技術研究[D]. 楊峻巍.哈爾濱工程大學 2012
[3]基于扁平UUV動力學模型的導航定位與路徑跟隨控制方法研究[D]. 周佳加.哈爾濱工程大學 2012
[4]復雜環(huán)境下自主式水下航行器動力定位技術研究[D]. 曹永輝.西北工業(yè)大學 2006
[5]多波束測深系統(tǒng)地形跟蹤與數(shù)據(jù)處理技術研究[D]. 吳英姿.哈爾濱工程大學 2001

碩士論文
[1]近岸淺海環(huán)境下UUV的動目標跟蹤方法研究[D]. 陳燁.哈爾濱工程大學 2016
[2]多波束測深系統(tǒng)在水下地形測量中的應用研究[D]. 張偉.中國地質大學（北京） 2009
[3]多波束測量數(shù)據(jù)預處理研究[D]. 宋玲玲.南京航空航天大學 2007



本文編號：3175584