收藏本站
《天津大学》 2005年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

小型浅水域水下自航行器系统设计与试验研究

温秉权  
【摘要】: 本文主要开发和研制了一种针对特定水域的小型、浅水域、预编程、测量型水下自航行器,并对该系统从理论分析、详细设计、样机制作、试验研究、系统改进几个方面进行了研究和探讨。该系统具有自主知识产权、面向特殊海域,可分离模块式构型具有一定原创性。不仅为海洋勘察与测量提供了测量航行器,也为多功能新型水下自航行器的进一步研究和开发奠定坚实的技术基础。本研究根据航行器的主要性能要求,提出了可实现座底观测与释放分离的水下自航行器新构型,经过系统详细设计,完成了总体设计方案和试验样机研制与改进,并提出了重心与浮心改变的水下自航行器的重心与浮心计算方法与设计准则。 对铝板卷焊环肋加强圆柱耐压壳体结构参数、释放分离机构工作的安全可靠性以及航行器下沉方式进行了分析和研究。首先,以质量最小为优化目标对耐压壳体结构参数进行了优化设计;然后,针对壳体制造过程中的两种主要制造误差圆柱度误差和焊缝质量缺陷对壳体承载能力的影响进行了有限元分析,为合理考虑制造误差对壳体承载能力的影响和合理制定加工制造精度要求等提供了指导;最后,有限元模型的正确性通过实验进行了验证。另外,基于理论分析与试验测试相结合的方法,确定了释放分离机构的主要结构参数,试验验证了释放分离机构设计的合理性和可靠性。为保证水下自航行器总体平稳准确坐落在指定海域的水底,提出了三种注水下沉方式并进行了运动分析和实现难易程度的对比,并确定采用航行器总体先下潜后自由下沉的方式,试验结果表明了该方法的有效性和合理性。 基于Newton-Euler方程,建立了航行器总体的一般动力学模型,并对航行器航行过程中所受的外力作了进一步分析,以矩阵的形式给出了更为具体的动力学方程表达式。基于解耦原理和小扰动理论,对运动方程进行了解耦和线性化,获得了工程实际中简便、实用的动力学模型。对航行器主体浮出水面在波浪中的动态响应进行了分析和研究,基于牛顿第二定律分别建立和推导了主体在水面的自由升沉运动和横摇运动的运动方程,进而推导了主体在波浪激励下的升沉和横摇运动方程,并得出了稳定振荡后升沉运动振幅与波振幅之比及最大横摇角的计算式。基于简化的动力学模型,分别设计了航速、航向、纵倾和深度控制器,并进行了计算机仿真研究。论述了航行器总体的完整工作过程、组成模块和各模块应具有的功能与承担的任务。首次将CAN总线应用于航行器控制系统中,并建立和完成了基于CAN总线的混合-分布式控制系统的分层和总体结构设计,解决了以前AUV控制系统的不足。 以自行研制的水下自航行器模型样机为试验对象,对其密封与耐压性能、直航与特定性能和完整工作过程等分阶段进行了试验研究,对试验中出现的问题,在深入理论分析与CFD计算的基础上提出了相应的解决措施,使模型样机得到不断改进和完善。最终,在湖试中航行器成功地完成了直航、偏航、下潜、注水、下沉落底、释放、上浮等一系列动作,验证了航行器能够完成预期的各项功能,表明水下自航行器总体及控制系统设计的正确性、有效性和实际可行性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:U674.941

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 丁浩;宋保维;温在顶;曹永辉;;扑翼滑翔UUV概念设计与研究[J];机械设计;2012年03期
2 魏王越;李毅;罗二平;;海上遥控伤员捞救装置的研制[J];医疗卫生装备;2010年09期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年
2 谷磊;海洋微结构剪切流传感器及其载体设计方法与实验研究[D];天津大学;2011年
3 武建国;混合驱动水下滑翔器系统设计与性能分析[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王芬清;20公斤级便携式自主水下机器人(AUV)设计与实现[D];中国海洋大学;2011年
2 王洪达;混合驱动水下机器人控制系统设计[D];天津大学;2010年
3 宋方希;基于CFD的混合驱动水下航行器外形研究[D];天津大学;2012年
4 崔红霞;下潜平台沉浮系统与控制研究[D];天津大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋允康,刘赵淼,杜家政,乔志宏,宣兆成,杜惠英,叶红玲;几种工程薄壳结构的分析及优化设计[J];北京工业大学学报;2001年04期
2 边信黔,陈伟,施小成;自主式水下潜器海洋环境监测系统技术概念[J];船舶工程;2000年03期
3 谢俊元;遥控水下机器人(ROV)分布式控制体系结构[J];船舶力学;1997年02期
4 陆蓓,刘涛,崔维成;深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究[J];船舶力学;2004年01期
5 李锡群,王志华;无人水下航行器(UUV)技术综述[J];船电技术;2003年06期
6 封锡盛;从有缆遥控水下机器人到自治水下机器人[J];中国工程科学;2000年12期
7 封锡盛,刘永宽;自治水下机器人研究开发的现状和趋势[J];高技术通讯;1999年09期
8 施丽娟,谢祚水;肋骨对环肋圆柱壳壳板稳定性影响的初步研究[J];华东船舶工业学院学报;1999年05期
9 谢祚水,施丽娟;潜艇耐压结构的稳定性分析[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2002年04期
10 顾鹏,董艳秋,唐有刚;浮标横摇倾角的改进计算方法[J];中国海上油气.工程;2001年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 侯巍;自主水下航行器建模与控制系统研究开发[D];天津大学;2004年
2 王延辉;温差能驱动的水下监测平台性能分析与试验研究[D];天津大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙建;余永;葛运建;陈峰;;可穿戴型下肢助力机器人感知系统研究[J];微纳电子技术;2007年Z1期
2 吕翀;庞永杰;张磊;;基于MPSO算法的水下机器人PD控制器[J];北京工业大学学报;2010年06期
3 徐亮,边宇枢,宗光华;水下机器人路径控制与仿真[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
4 王红;唐伯雁;王跃进;;一种四足式爬壁机器人控制系统的研究[J];北京建筑工程学院学报;2008年03期
5 林龙信;谢海斌;沈林成;;仿生水下机器人的增强学习姿态镇定[J];北京科技大学学报;2012年01期
6 唐德栋;王立权;孟庆鑫;吴健荣;张忠林;;深潜救生艇对接转裙的结构设计及承载能力分析[J];船舶工程;2009年01期
7 孙玉山;代天娇;赵志平;;水下机器人航位推算导航系统及误差分析[J];船舶工程;2010年05期
8 陆蓓,刘涛,崔维成;深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究[J];船舶力学;2004年01期
9 刘涛;;深海载人潜水器耐压球壳设计特性分析[J];船舶力学;2007年02期
10 陈宏;竺长安;尹协振;邢晓正;;仿生机器鱼的快速起动性能研究[J];船舶力学;2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王华;黄筱调;何晋;;基于模糊CMAC的水下灵巧手手指轨迹控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 ;On the Efficiency of Robot Fish[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 ;Active Disturbance Rejection Control for Non-minimum Phase Systems[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 黄一;薛文超;杨晓霞;;自抗扰控制:思想、理论分析及运用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 熊华胜;严浙平;;水下机器人水动力系数估计及其在航向鲁棒控制中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;Identification of Non-linear Dynamic Model of UUV Based on ESN Neural Network[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
7 赵宏颖;方尔正;李冬方;;波浪运动对浮标无线电通信的影响分析[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
8 吴德发;李斌;陈经跃;刘银水;李壮云;;水润滑超高压海水泵斜盘/滑靴副摩擦学特性仿真研究[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
9 刘蔚;;基于试验设计分析的多学科优化方法在AUV概念设计中的应用[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
10 ;Fuzzy Neural Network controller for AUV based on RAN[A];2009中国控制与决策会议论文集(3)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
5 高延增;超小型水下机器人关键性能提升技术研究[D];华南理工大学;2010年
6 黄豪彩;深海气密采水系统设计及其海试[D];浙江大学;2010年
7 林龙信;仿生水下机器人的增强学习控制方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 刘素花;节能型自治式多功能海洋环境监测系统的数据采集控制器的研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
9 赵大旭;介入诊疗机器人多体系统建模分析与实现[D];南京航空航天大学;2010年
10 王林;深海耐压结构型式及稳定性研究[D];中国舰船研究院;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪步云;水下作业机械手抓取力伺服控制的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 张睿;农电自动抄表技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 史文韬;基于DSP的水下机器人嵌入式控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 潘涛;深潜器耐压结构强度分析与优化设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 林一;潜器耐压结构碰撞响应与强度评估方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 姜婵娟;遥控式水下机器人PID运动控制算法优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张杰;近水面作业的机器人综合减摇机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 吕新昱;水下机器人舵机控制系统设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 谢金鑫;基于参数化有限元的潜水器结构优化设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 迟令宝;海底犁式挖沟机总体结构研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵晓华;李振龙;于泉;张杰;;基于切换模型的两交叉口信号灯Q学习协调控制[J];北京工业大学学报;2007年11期
2 梁磊;王少萍;曹锋;;基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析[J];北京航空航天大学学报;2008年07期
3 王华;崔晓婷;刘向东;张宇河;;基于Q-学习的卫星姿态在线模糊神经网络控制[J];北京理工大学学报;2006年03期
4 杨素敏;;潜艇水下航向改变时的操纵性研究[J];船舶工程;1992年05期
5 丁福光,付明玉,夏国清,施小成;自主式水下潜器分层递阶控制系统[J];船舶工程;1996年02期
6 贺俊松;陈震;肖熙;;五体船大倾角稳性研究[J];船舶工程;2007年05期
7 张毅;杨锐敏;王洲;刘欢;周光;;机器鱼的研究动态综述[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2007年05期
8 谢俊元;遥控水下机器人(ROV)分布式控制体系结构[J];船舶力学;1997年02期
9 吴宝山,潘子英,夏贤,洪方文;水滴型回转体带尾导管的水动力特性研究(英文)[J];船舶力学;2003年06期
10 陆蓓,刘涛,崔维成;深海载人潜水器耐压球壳极限强度研究[J];船舶力学;2004年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘涛;大深度潜水器结构分析与设计研究[D];中国船舶科学研究中心;2001年
2 王三德;水下复杂弹性壳体的相似性研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
3 何漫丽;水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究[D];天津大学;2005年
4 王海宁;基于MEMS技术的自吸微泵的研制[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
5 侯巍;具有着陆坐底功能的水下自航行器系统控制与试验研究[D];天津大学;2006年
6 甘永;水下机器人运动控制系统体系结构的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
7 李彩虹;移动机器人智能体混合式体系结构研究[D];山东大学;2007年
8 严奉霞;复数小波理论及其在图像去噪与增强中的应用研究[D];国防科学技术大学;2007年
9 张宏伟;可着陆水下自航行器系统设计与动力学行为研究[D];天津大学;2007年
10 王延辉;水下滑翔器动力学行为与鲁棒控制策略研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩盈盈;自主式水下机器人的分布式运动控制系统算法与实现[D];中国海洋大学;2010年
2 毛斌宏;潜艇空间运动模型及均衡控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 侯巍;自主水下航行器建模与控制系统研究开发[D];天津大学;2004年
4 曹辉进;自主式水下航行器建模与运动控制仿真研究[D];天津大学;2004年
5 尹云;基于触滑觉控制的智能假手关键问题研究[D];大连理工大学;2004年
6 王永明;GPS/SINS组合导航技术研究及工程实现[D];南京理工大学;2004年
7 杜加友;水下滑翔机本体及调节机构研究[D];浙江大学;2006年
8 卢晓光;压电薄膜微力传感器特性研究[D];大连理工大学;2006年
9 刘春媚;遥控式水下机器人运动控制技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 刘晓白;一种水下航行体的仿水翼法推进技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 李志伟;崔维成;;水下滑翔机水动力外形研究综述[J];船舶力学;2012年07期
2 宋思利;刘甜甜;康凯灿;陈言俊;;自主水下机器人机械结构设计与实现[J];机器人技术与应用;2012年04期
3 熊洪瑞;吴文辉;;深海浮力调节技术初探[J];水雷战与舰船防护;2011年04期
4 宋保维;孟祥尧;;一种混合动力水下滑翔机的操纵性研究[J];鱼雷技术;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 孙秀军;混合驱动水下滑翔器动力学建模及运动控制研究[D];天津大学;2011年
2 温秀平;水下机器人特性分析及其控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王洪达;混合驱动水下机器人控制系统设计[D];天津大学;2010年
2 吴义涛;混合驱动水下滑翔器机械系统设计[D];天津大学;2012年
3 陈宝阔;剪切流传感器结构优化与性能测试[D];天津大学;2012年
4 肖学忠;海洋微结构剖面仪数据采集与处理系统研究[D];天津大学;2012年
5 刘国辉;基于短基线(SBL)系统的超小型ROV水声定位技术研究[D];华南理工大学;2012年
6 董升亮;自主式水下机器人的滑模变结构控制研究与仿真[D];中国海洋大学;2012年
7 吴乃龙;小型AUV动力学建模及推力控制研究[D];中国海洋大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢祚水,李巍,梅利元;潜艇耐压液舱结构稳定性的初步研究[J];船舶工程;1998年06期
2 边信黔,陈伟,施小成;自主式水下潜器海洋环境监测系统技术概念[J];船舶工程;2000年03期
3 谢俊元;遥控水下机器人(ROV)分布式控制体系结构[J];船舶力学;1997年02期
4 刘金贵,杨天玉,吴军;基于CAN总线的分布式铝电解控制系统[J];电子技术应用;2001年01期
5 孙健 ,阳如坤 ,徐方;基于CAN总线的机器人网络互联[J];电子技术应用;2001年05期
6 邬宽明;CAN总线系统设计中的几个问题[J];电子技术应用;1998年09期
7 陈伯真,汪广海;中国海洋工程的发展与展望[J];钢结构;2000年01期
8 封锡盛,刘永宽;自治水下机器人研究开发的现状和趋势[J];高技术通讯;1999年09期
9 周京辉,刘权;基于CAN总线的分布式控制系统及应用[J];工业控制计算机;1998年05期
10 谢祚水;受均匀外压力作用的圆柱壳结构形式的初步探讨[J];镇江船舶学院学报;1990年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴海彬;基于半物理仿真的海上平台沉浮运动研究[D];浙江大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢志刚;谭志洪;谭昳;邓懿波;陈小芹;;基于有限元分析的平盖加筋封头结构优化设计[J];压力容器;2005年11期
2 张向阳;张显;李友荣;;基于有限元分析的万向联轴器十字轴优化设计[J];湖北工业大学学报;2007年04期
3 杨书仪;刘德顺;文泽军;;基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计[J];机械设计;2007年06期
4 王庆峰;何立东;;基于有限元法的回转式空气预热器波纹式弹性密封结构的优化设计[J];北京化工大学学报(自然科学版);2011年02期
5 余世浩;杨文成;;螺旋压力机开式机身的设计研究[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);1992年03期
6 朱希玲;;基于ANSYS的静压轴承油腔结构优化设计[J];轴承;2009年07期
7 胡强晖;王大伟;徐书凯;胡勤丰;;基于Maxwell 12的稀土永磁同步电机设计优化[J];电机技术;2010年02期
8 杨曼云;;基于有限元分析技术的VK50数控床身铣机床底座设计[J];机床与液压;2008年01期
9 陆元宁;王金涛;;基于有限元法深弯辊与压卷辊小车结构优化设计[J];四川理工学院学报(自然科学版);2008年02期
10 温平方;顾晓波;吴晓峰;;圆锥过渡段阶梯形复合变幅杆的模态分析及优化设计[J];现代制造工程;2008年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李铁夫;;钢桁梁结构的可靠性设计[A];交通土建及结构工程计算机应用学术研讨会论文集[C];2001年
2 张黎源;;带夹套水冷矩形真空炉的有限元法分析设计[A];2005'全国真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2005年
3 关恩禄;;盘式异步电机磁场的计算[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
4 刘书田;林哲祺;蔡园武;;结构形状控制的作动器控制电压分布优化设计[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 芦娜;许良军;Miedzinski B.;;低压真空断路器在线接触补偿系统的电动力分析[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
6 屈翔;廖林清;徐科峰;;某轿车白车身结构的静动态特性分析及优化[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
7 徐亚军;朱军;;有限元优化方法及其在柱帽优化设计中的应用[A];采矿工程学新论——北京开采所研究生论文集[C];2005年
8 李国金;;排水管网的优化设计理论探讨——将树形结构理论应用于污水管网设计[A];全国给水排水技术信息网2009年年会论文集[C];2009年
9 郭庆;李希宝;;优化设计钻孔在防突中的应用[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年
10 陈旭东;俞昕;;《财务会计》教学模式优化设计中的情景教学[A];中国会计学会2006年学术年会论文集(下册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 张晶晶 记者 吴永红;全国首座优化设计超临界火电厂竣工[N];安徽日报;2008年
2 陈涛;海南村路:优化设计 降低成本[N];中国交通报;2007年
3 张允峰 彭国勋;CAE技术在空调器木包装箱优化设计中的应用[N];中国包装报;2008年
4 通讯员 肖锋 本报记者 陶海音;“衡变”上半年节支1300万[N];湖南日报;2005年
5 王泽斌;计算机辅助玻璃配主优化设计[N];中国建材报;2007年
6 高国敏王春燕 张材;汽车厂房优化设计攻略[N];建筑时报;2008年
7 季佳莹;优化设计加快审批 抢抓进度如期完工[N];哈尔滨日报;2008年
8 高学文;优化设计 改进结构 节约资源[N];中国包装报;2010年
9 综合;WLAN网络的优化设计[N];人民邮电;2003年
10 ;郑松辉 优化设计“智多星”[N];中国航天报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 温秉权;小型浅水域水下自航行器系统设计与试验研究[D];天津大学;2005年
2 王俭;高垂直段风冷封闭母线三维场仿真分析及结构优化设计[D];沈阳工业大学;2009年
3 何漫丽;水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究[D];天津大学;2005年
4 滕海文;基于最大熵的结构两相优化设计[D];北京工业大学;2002年
5 郭祖华;并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D];北京航空航天大学;2002年
6 赵少飞;复合加载条件下海洋地基承载力特性数值分析方法研究[D];大连理工大学;2006年
7 沈显峰;多组元金属粉末直接激光烧结过程数值模拟及烧结区域预测[D];四川大学;2005年
8 陈长冰;筒仓内散体侧压力沿仓壁分布研究[D];合肥工业大学;2006年
9 寇哲君;可扩展冲击—接触并行计算及其在汽车碰撞模拟中的应用[D];清华大学;2003年
10 李岩;大型电力变压器线圈电磁力和局部过热问题研究[D];沈阳工业大学;1995年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姚静丽;JDZ-27.5W2型电压互感器绝缘特性的研究[D];沈阳工业大学;2008年
2 刘永;NS100G型100t伸缩臂式铁路起重机设计研究[D];大连交通大学;2008年
3 余清勇;复合材料定向器有限元分析及结构优化[D];南京理工大学;2005年
4 陈施能;某型航空电子设备及安装架动力学分析[D];电子科技大学;2007年
5 高洋;大型静电除尘装置的结构分析和优化[D];辽宁科技大学;2008年
6 杨志斌;旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究[D];太原理工大学;2008年
7 江明湘;动力转向器试验台联接部件可靠性分析与优化设计[D];武汉理工大学;2006年
8 陈峰;边坡稳定性及锚杆支护的三维有限元分析[D];华中科技大学;2007年
9 方志淮;EBH-120型掘进机关键零部件的优化设计[D];安徽理工大学;2005年
10 谷朝阳;基于参数化造型的挤出口模形状优化设计[D];郑州大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026