發(fā)布時(shí)間：2020-04-22 14:09

【摘要】：AUV是進(jìn)行海洋環(huán)境和資源調(diào)查的強(qiáng)有力工具，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而有限的能源使得AUV無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作，為了在能源一定的情況下延長(zhǎng)AUV的監(jiān)測(cè)時(shí)間，本文進(jìn)行了著陸式AUV動(dòng)力學(xué)行為與控制策略研究。在著陸式AUV設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，建立了著陸式AUV的動(dòng)力學(xué)模型，分析了運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性的影響，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)控制器并對(duì)著陸策略進(jìn)行了研究，通過(guò)大量的水域試驗(yàn)驗(yàn)證了本文理論研究與分析的正確性。該AUV通過(guò)注水改變負(fù)浮力降落到海底，以實(shí)現(xiàn)只保持耗能少的監(jiān)測(cè)傳感器工作來(lái)延長(zhǎng)工作時(shí)間的目的。 根據(jù)著陸式AUV的功能和設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化和控制架構(gòu)分布式的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了著陸式AUV的樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)計(jì)速度和深度下的航行、測(cè)量、通信及著陸功能。 采用牛頓-歐拉方法建立了著陸式AUV的非線性動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)CFD方法和流體動(dòng)力參數(shù)試驗(yàn)獲得了表征著陸式AUV特征的流體動(dòng)力參數(shù)，并進(jìn)行了仿真分析，為運(yùn)動(dòng)控制提供了依據(jù)。 根據(jù)所建立的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)著陸式AUV水平面和垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性分析。在AUV總體外形確定的情況下，，建立了基于重心坐標(biāo)、舵力系數(shù)及航速等變量的穩(wěn)定性曲面函數(shù)，以判定上述參數(shù)對(duì)著陸式AUV系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；重點(diǎn)分析了舵對(duì)AUV運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的作用，進(jìn)而用穩(wěn)定性分析結(jié)果指導(dǎo)AUV舵的設(shè)計(jì)；考慮了航行中AUV運(yùn)動(dòng)參數(shù)如速度等對(duì)穩(wěn)定性的影響，得出提高速度有利于增強(qiáng)穩(wěn)定性的結(jié)論。 研究了著陸式AUV的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了航速、航向及深度控制器。針對(duì)PID控制器在水域試驗(yàn)中的局限性，設(shè)計(jì)了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。研究了下潛到近海底注水著陸策略，即將著陸過(guò)程分為下潛、拉平、定高直航搜索著陸點(diǎn)和自由下沉四個(gè)階段，進(jìn)而設(shè)計(jì)出著陸軌跡。采用視線跟蹤與軌跡誤差法跟蹤上述著陸軌跡，以確保航行過(guò)程的穩(wěn)定性，避免AUV意外觸底；同時(shí)考慮了海底地形的影響，以確保安全著陸。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：P715.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2636602