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《天津大学》 2009年
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混合驱动水下自航行器动力学行为与控制策略研究

王晓鸣  
【摘要】: 混合驱动水下自航行器(Hybrid Autonomous Underwater Vehicle,简称HAUV)是一种集成了水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)和水下滑翔器(Autonomous Underwater Glider,简称AUG)工作方式的新型水下航行器,当需要长距离航行或有隐蔽性要求时,可采用滑翔器工作模式,具有航程大、能耗低、噪音小等优点;当需要快速机动或有较高的定位和航迹精度要求时,可采用自航行器模式航行,具有定位精度高、操纵性好等优点。 本文设计开发了混合驱动水下自航行器,并进行了水域试验,验证了混合驱动水下自航行器设计的正确性和功能实现的有效性。在混合驱动水下自航行器的设计过程中,论文建立了混合驱动水下自航行器的动力学模型,并进行了控制器设计,以确定相关设计参数和分析系统的运动特性。本文的主要研究成果为: 1.设计了我国首台混合驱动水下自航行器样机。该航行器既可通过艉部的螺旋桨驱动航行,也可通过艏部的浮力调节装置改变浮力实现沉浮。航行器的姿态调整则可通过尾舵、横滚重物及平移重物的运动来实现。 2.建立了混合驱动水下自航行器的空间六自由度非线性动力学模型。此模型考虑了横滚重物、平移重物、浮力调节装置及螺旋桨的共同作用,能够较为准确地反映混合驱动水下自航行器的动力学特性,对同类混合驱动水下自航行器的动力学建模具有参考价值,并进行了动力学模型仿真,验证了动力学模型的正确性。 3.分析了混合驱动水下自航行器的动力学行为。通过分析水平面运动与纵垂面运动的耦合关系,提出了相应的解耦方法。在解耦的基础上,将其动力学模型分别限制在水平面和纵垂面内,得到各自的简化模型。针对混合驱动水下自航行器的机动性和操纵性,以滑翔效率最高和水平滑翔速度最大为设计目标,优化了混合驱动水下自航行器的控制参数,并确定了系统控制参数的取值。 4.将模糊PID控制器应用于混合驱动水下自航行器,重点研究了混合驱动水下自航行器的轨迹跟踪策略,并量化分析了利用携带的有限能源实现航行距离的最大化。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U674.941

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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