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《中国海洋大学》 2010年
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基于虚拟样机技术的自治水下机器人仿真系统研究

王保刚  
【摘要】:由于海洋蕴藏着巨大的矿产资源以及它在军事、政治上的重要地位,人们日益把注意力投入到海洋资源的开发工具即各种水下机器人的研发上,作为水下机器人的一个重要分支——自治水下机器人,简称为AUV,因为其具有环境适应性强、活动范围大、使用方便等诸多优势,逐渐成为当今研究的热门领域。 虚拟样机技术是一种基于计算机仿真模型的数字化设计方法,是伴随着计算机技术发展而发展起来的一项新型的计算机辅助工程技术。它是多学科的一种融合,主要是以机械系统的运动学、动力学和控制理论为核心,并结合成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术,模拟该机械系统在真实环境下的运动学和动力学特性,并通过仿真分析,输出结果,通过对机械系统的不断优化,寻求最优设计方案。 本文通过Pro/ENGINEER建立了AUV的三维实体模型,通过ANSYS对AUV的重要零部件进行了有限元分析。根据建立好的三维实体模型,构建基于Pro/ENGINEER和ADAMS联合的AUV虚拟样机。为了AUV仿真分析的需要,建立了AUV的空间运动的数学模型。通过对AUV推进器的下水试验,对推进器的推力性能进行了辨识,并结合AUV水下受到的水动力、海流和其他外力作用,建立了AUV虚拟样机的受力模型。通过结合AUV虚拟样机和控制算法,构建了基于ADAMS和MATLAB/Simulink联合的交互式控制仿真系统。并通过该系统,对AUV采取了经典PID控制仿真和自适应鲁棒控制仿真。通过对仿真结果的分析,验证了AUV所采取的控制算法的控制性能,同时也验证了本系统的可行性。 通过构建AUV的虚拟样机,可以为物理样机的加工制造提供可靠的依据。通过建立联合ADAMS和MATLAB/Simulink的交互式仿真系统,可以为AUV的控制算法进行初步验证,并且能够方便地进行控制系统参数优化和性能预测。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 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
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 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
2 陆林,李耀明;虚拟样机技术及其在农业机械设计中的应用[J];中国农机化;2004年04期
3 陈建平;我国潜水器发展状况及存在的问题[J];机器人技术与应用;1999年02期
4 李晔;常文田;孙玉山;苏玉民;;自治水下机器人的研发现状与展望[J];机器人技术与应用;2007年01期
5 任福君,张岚,王殿君,孟庆鑫;水下机器人的发展现状[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2000年04期
6 燕奎臣,李一平,袁学庆;远程自治水下机器人研究[J];机器人;2002年04期
7 张胜利;Pro/E、ADAMS与ANSYS在机械系统设计中的联合运用[J];机械设计与制造;2005年11期
8 熊光楞,李伯虎,柴旭东;虚拟样机技术[J];系统仿真学报;2001年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于华男;开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张巧荣;智能水下机器人分层全局路径规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王玉;高桂仙;富国亮;;虚拟样机技术的应用研究[J];安徽农业科学;2009年24期
2 王玉;;水稻插秧机分插机构的轨迹规划和运动仿真[J];安徽农业科学;2011年15期
3 高志明,关岩,于洪梅,吴秀红,李井会;人工神经网络在化学中的应用进展[J];鞍山钢铁学院学报;2000年03期
4 刘军,兰家隆,王兆明;应用神经网络解决连线总长最短的门阵列布局算法[J];半导体学报;1992年08期
5 曹默;景作军;孙德辉;;基于ADAMS的隔爆云台运动学与动力学仿真[J];北方工业大学学报;2010年01期
6 成奇明;张树京;;非线性方程组的一种神经元网络解法[J];北方交通大学学报;1992年01期
7 曾威;胡立臣;兰小平;;整车数字化建模环境软件的开发[J];车辆与动力技术;2011年01期
8 刘淑东;管群;;基于遗传算法的炮兵火力分配策略[J];兵工自动化;2005年05期
9 陶贵明;张锡恩;;基于虚拟样机的智能诊断系统知识组织与表达[J];兵工自动化;2006年01期
10 李伟;马吉胜;王宇建;黄泽平;;某输弹机虚拟样机仿真[J];兵工自动化;2006年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵静一;张建福;程斐;杨帆;;基于ADAMS自行式框架车转向机构的优化设计[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 张红旗;王璐;石磊;陈科;;数字化设计方法在军事电子装备研制中的应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 张红旗;王璐;;面向军事电子装备的数字化设计方法[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
4 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
5 何晋;王杰;王华;;基于模糊策略的水下机械手轨迹控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 谢海斌;林龙信;沈林成;;仿生水下机器人仿真系统设计与实现[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 张赫;庞永杰;唐旭东;秦再白;;基于VC和Vega联合开发的智能水下机器人仿真系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 戴余良;俞科云;王世明;苗海;;潜艇水下运动的分叉特性分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 龙建军;吴百海;吴金萍;;基于功能原理的水下潜器模型参数辨识方法与实验估计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 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
3 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
4 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 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
6 张敏;固定式海洋结构模型转换与动力特性研究[D];中国海洋大学;2010年
7 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
8 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
9 李曼荔;求解组合优化问题的神经计算方法[D];电子科技大学;2010年
10 桑永胜;空间数据分析的神经计算方法[D];电子科技大学;2010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 刘欣丽;液压支架双伸缩立柱承载特性研究[D];山东科技大学;2010年
3 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
4 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
5 郑洪波;虚拟倒立摆系统的控制研究[D];山东科技大学;2010年
6 吴小旺;液压支架机液联合仿真与液压控制系统分析[D];山东科技大学;2010年
7 孙晓红;小口径深井救援机器人的设计研究[D];山东科技大学;2010年
8 殷慧;机器人假肢功能设计与分析[D];山东科技大学;2010年
9 梁鹏飞;基于数字化功能样机的炸药破碎机性能分析[D];长春理工大学;2010年
10 方明辉;基于秧针静轨迹的非圆齿轮行星系分插机构设计及性能分析[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐海军;谢海斌;张代兵;;微小型水下机器人推进方式的比较研究[J];兵工自动化;2009年04期
2 付冬梅,郑德玲,位耀光,周颖,鞠磊;人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真[J];北京科技大学学报;2004年04期
3 周新民;国外新型对转螺旋桨系统研制现状[J];船舶;1997年05期
4 刘鹰,赵琳;潜艇仿真数学模型的推导求解[J];哈尔滨工程大学学报;1999年02期
5 王超;黄胜;解学参;;基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报[J];海军工程大学学报;2008年04期
6 张宏伟;侯巍;王晓鸣;王树新;梁捷;;可着陆式水下机器人的多体动力学建模与仿真[J];海洋技术;2006年04期
7 翟宇毅,刘亮,龚振邦;超小型水下机器人的发展现状及若干问题探讨[J];机床与液压;2005年02期
8 彭学伦;水下机器人的研究现状与发展趋势[J];机器人技术与应用;2004年04期
9 杨玉贵;彭光正;王涛;王毅枫;;具有固定重力补偿的模糊免疫PD控制在气动人工肌肉驱动机械手位置控制中的应用[J];机器人;2008年03期
10 文力;范哲;王田苗;梁建宏;;仿生振动翼推进器模糊控制实验研究[J];机器人;2010年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 于华男;开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 李晔;微小型水下机器人运动控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
3 郭莹;水下自主作业系统协调控制技术研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨俊;水下矢量推进器的动力学仿真及优化设计[D];长沙理工大学;2010年
2 袁伟杰;自治水下机器人动力学建模及参数辨识研究[D];中国海洋大学;2010年
3 孙丽;自治水下机器人(AUV)三维结构设计及仿真分析[D];中国海洋大学;2011年
4 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
5 朱命昊;量子克隆多目标进化算法研究[D];西安科技大学;2011年
6 王兆宇;神经网络理论应用于航向自动舵研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
7 孙玉山;水下机器人模糊自适应控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 刘小峰;海洋探测机器人操纵性及运动仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 胡明茂;开架式水下机器人系统辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 杨浩;无刷直流电动机运动控制系统的设计[D];武汉理工大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李敬阳;无人操纵帆船抗横倾系统的实验研究[D];大连海事大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 李一平,封锡盛;“CR-01”6000m自治水下机器人在太平洋锰结核调查中的应用[J];高技术通讯;2001年01期
4 曾杰,鲁东;计算机辅助设计(CAD)在农业机械中的应用及实践[J];中国农机化;2000年04期
5 徐丽娜,李琳琳;遗传算法在非线性系统辨识中的应用研究[J];哈尔滨工业大学学报;1999年02期
6 周明,孙树栋,彭炎午;基于遗传模拟退火算法的机器人路径规划[J];航空学报;1998年01期
7 彭良,卢迎春,万磊,孙俊岭;水下智能潜器的神经网络运动控制[J];海洋工程;1995年02期
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9 吴冬青,唐文献,李莉敏;虚拟样机技术在断路器开发中的应用研究[J];机电一体化;2003年04期
10 余雄,唐晓东;国内外几种水下机器人的性能对比与分析[J];机器人技术与应用;1997年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 于华男;开架式水下机器人辨识与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李晔;多水下机器人实时避碰规划研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马志强;;水下机器人定高运动的最优预测控制[J];东北师大学报(自然科学版);1990年04期
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3 滕宇浩,张将,刘健;水下机器人多功能作业工具包[J];机器人;2002年06期
4 刘红;发掘红薯的启示──《水下机器人》组稿过程[J];科技与出版;2002年01期
5 邹丹,张铭钧,韩志学;水下机器人覆盖式作业区探测方法[J];哈尔滨工程大学学报;2003年04期
6 彭学伦;水下机器人的研究现状与发展趋势[J];机器人技术与应用;2004年04期
7 奚崇德;;水下机器人[J];船艇;1987年12期
8 ;活跃在海底的水下机器人[J];船舶物资与市场;1999年04期
9 甘永,王丽荣,刘建成,徐玉如;水下机器人嵌入式基础运动控制系统[J];机器人;2004年03期
10 wilson;;国外机器人竞赛荟萃[J];电子制作;2011年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄海;万磊;庞永杰;秦再白;;船体检测遥控水下机器人控制系统结构[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
2 桑恩方;;用水下机器人进行堤坝安全隐患检测[A];泄水建筑物安全及新材料新技术应用论文集[C];2010年
3 王宏健;王琳琳;潘立鑫;;水下机器人近水面横摇与能耗控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
4 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
5 陈维山;周杨;;仿鳐鱼水下机器人自主游动建模与仿真[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
6 谢海斌;林龙信;沈林成;;仿生水下机器人仿真系统设计与实现[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 李晔;由光鑫;庞永杰;万磊;;水下机器人视景仿真系统的设计[A];全国第16届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集[C];2004年
8 孙斌;张艾群;;液压系统在水下机器人的应用[A];救捞专业委员会2004年学术交流会论文集[C];2004年
9 张文瑶;;美国海军水下机器人发展新情况[A];中国造船工程学会修船技术学术委员会船舶维修理论与应用论文集第八集(2005—2006年度)[C];2006年
10 ;我国设计生产的水下机器人装备海军[A];中国航海学会救捞专业委员会99年优秀论文选[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈惠玲;我国引进深海水下机器人“海狮”号[N];中国矿业报;2009年
2 通讯员 金声;水下机器人技术国家级重点实验室竣工[N];中国船舶报;2009年
3 胡捷递 记者 姜雪松;水下机器人实验室通过验收[N];哈尔滨日报;2009年
4 化所;沈阳自动化所水下机器人两课题通过验收[N];中国船舶报;2010年
5 记者 罗沙 张旭东;海洋局派出水下机器人,核查溢油处置[N];新华每日电讯;2011年
6 记者 罗沙 张旭东;中国海洋局使用水下机器人核查溢油处置[N];经济参考报;2011年
7 桑恩方 卞红雨;水下机器人为堤坝做B超[N];中国水利报;2005年
8 任馨宇 记者 王春;“海龙号”3500米水下机器人成功用于深海科考[N];科技日报;2009年
9 本报通讯员 戴晓峰 由晓雪 记者 由庆祝;徐玉如的水下机器人情怀[N];中国工业报;2010年
10 胡荣山;上海海事大学水下机器人研究取得最新应用成果[N];中国海洋报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10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 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
3 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
4 姜大鹏;多水下机器人协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 潘立鑫;水下机器人近水面横遥减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 杨立平;舵桨联控式水下机器人容错控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 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
8 齐雪;自主水下机器人操纵运动的非线性控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 梁霄;微小型水下机器人运动控制及可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 王建国;水下机器人运动控制与故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 徐长密;水下机器人—机械手系统动力学建模及运动控制研究[D];中国海洋大学;2010年
3 韩志学;海流作用下水下机器人区域探测规划方法[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 王月;基于群集智能的多水下机器人协调研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 戴军;基于遗传算法的水下机器人模糊控制器设计[D];哈尔滨工程大学;2002年
6 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
7 王飞;水下机器人在潜艇附近运动时的水动力计算[D];哈尔滨工程大学;2003年
8 李鹏;水下机器人导航系统传感器的仿真[D];哈尔滨工程大学;2004年
9 韩丽洁;水下机器人任务规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 郑曙光;基于模糊、神经网络技术的水下机器人运动控制的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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