本文關(guān)鍵詞：AUV動(dòng)力學(xué)模型研究及在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 自主水下航行器 模型輔助 水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算 螺旋槳推力模型 自適應(yīng)濾波

【摘要】：隨著人類對海洋開發(fā)利用需求的不斷增加,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)作為探測水下環(huán)境并自主完成特定作業(yè)任務(wù)的工具,越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。本文主要介紹了AUV的模型輔助慣性導(dǎo)航技術(shù)(MA-INS),該技術(shù)可以在超短基線聲納定位系統(tǒng)(Ultra-short Base Line, USBL)和多普勒測速儀(Doppler Velocity Log, DVL)等輔助傳感器無法正常工作的情況下,替代其得到AUV航行速度,輔助AUV實(shí)現(xiàn)精確慣性導(dǎo)航。論文根據(jù)AUV物理結(jié)構(gòu),建立了AUV水平面三自由度和垂直面三自由度動(dòng)力學(xué)模型。采用FLUENT軟件分別模擬AUV直航、斜航、純俯仰、純升沉、純搖艏和純橫蕩運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)AUV動(dòng)力學(xué)模型中36個(gè)水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算。分析了水動(dòng)力系數(shù)的擬合殘差對AUV動(dòng)力學(xué)模型結(jié)果的影響。采用FLUENT軟件分析船體行駛產(chǎn)生的船尾伴流對螺旋槳推力的影響,建立螺旋槳推力模型。論文研究了海流與AUV航行方向的夾角較小時(shí),海流方向?qū)β菪龢屏Φ挠绊?比較了螺旋槳正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的推力情況。仿真結(jié)果表明,當(dāng)海流與AUV航行方向的夾角在00到10°之間時(shí),螺旋槳推力逐漸減小最大推力的5%,且螺旋槳正轉(zhuǎn)時(shí)的推力大于螺旋槳反轉(zhuǎn)時(shí)的推力。采用Simulink搭建仿真平臺,計(jì)算AUV直航、水平面回轉(zhuǎn)、水平面Z型運(yùn)動(dòng)、垂直面下潛、垂直面升沉等運(yùn)動(dòng)軌跡,分析得到AUV動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性及AUV操縱性能。針對系統(tǒng)模型不準(zhǔn)確的情況下,利用改進(jìn)Sage-Husa自適應(yīng)濾波算法避免傳統(tǒng)Kalman濾波精度下降問題,而且明顯改善了傳統(tǒng)Sage-Husa自適應(yīng)濾波在高維狀態(tài)下的不穩(wěn)定現(xiàn)象,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和濾波精度。
【關(guān)鍵詞】：自主水下航行器 模型輔助 水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算 螺旋槳推力模型 自適應(yīng)濾波
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U666.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符號說明12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 模型輔助國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 水動(dòng)力系數(shù)辨識國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 模型輔助組合導(dǎo)航17
• 1.4 論文主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 AUV動(dòng)力學(xué)模型建立19-29
• 2.1 AUV物理結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 AUV動(dòng)力學(xué)模型建立20-27
• 2.2.1 坐標(biāo)系建立20-21
• 2.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立21-22
• 2.2.3 動(dòng)力學(xué)方程建立22-26
• 2.2.4 三自由度動(dòng)力學(xué)模型26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-29
• 第三章 基于FLUENT的水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算29-43
• 3.1 動(dòng)力學(xué)模型中參數(shù)辨識方法29-30
• 3.2 數(shù)值計(jì)算過程30-31
• 3.3 水動(dòng)力試驗(yàn)仿真31-41
• 3.3.1 直航仿真試驗(yàn)31-32
• 3.3.2 斜航仿真試驗(yàn)32-33
• 3.3.3 純升沉運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)33-35
• 3.3.4 純俯仰運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)35-37
• 3.3.5 純橫蕩運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)37-38
• 3.3.6 純搖艏運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)38-40
• 3.3.7 經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)水動(dòng)力系數(shù)40-41
• 3.4 水動(dòng)力系數(shù)匯總41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 船尾螺旋槳推力模型建立43-51
• 4.1 物理模型43
• 4.2 船尾伴流計(jì)算43-45
• 4.2.1 船尾伴流數(shù)值解算44
• 4.2.2 船尾伴流計(jì)算結(jié)果44-45
• 4.3 螺旋槳推力計(jì)算45-50
• 4.3.1 螺旋槳數(shù)值解算45-46
• 4.3.2 螺旋槳數(shù)值解算46-47
• 4.3.3 船尾伴流速度對螺旋槳推力的影響47
• 4.3.4 無海流情況下螺旋槳推力結(jié)果47-48
• 4.3.5 海流對螺旋槳推力的影響48-49
• 4.3.6 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時(shí)螺旋槳的推力49-50
• 4.3.7 AUV動(dòng)力系統(tǒng)推力和力矩建模50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 AUV操縱性能分析及運(yùn)動(dòng)仿真51-57
• 5.1 運(yùn)動(dòng)軌跡仿真框架51
• 5.2 AUV運(yùn)動(dòng)軌跡仿真與分析51-56
• 5.2.1 直航51-52
• 5.2.2 水平面回轉(zhuǎn)52-53
• 5.2.3 水平面Z型運(yùn)動(dòng)53
• 5.2.4 垂直面下潛53-55
• 5.2.5 垂直面升沉55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第六章 基于自適應(yīng)濾波的模型輔助組合導(dǎo)航57-67
• 6.1 組合導(dǎo)航模型建立57-58
• 6.1.1 系統(tǒng)狀態(tài)方程57-58
• 6.1.2 系統(tǒng)量測方程58
• 6.2 卡爾曼濾波算法58-61
• 6.2.1 離散卡爾曼濾波基本方程58-60
• 6.2.2 連續(xù)系統(tǒng)的離散化60-61
• 6.3 Sage-Husa自適應(yīng)濾波算法61-62
• 6.4 強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波器62
• 6.5 改進(jìn)Sage-Husa自適應(yīng)濾波器62
• 6.6 仿真與分析62-65
• 6.6.1 初始條件及仿真參數(shù)設(shè)定62-63
• 6.6.2 仿真結(jié)果分析63-65
• 6.7 本章小節(jié)65-67
• 第七章 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 致謝71-73
• 碩士期間發(fā)表論文73

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 陶堯森,丁皓,馮鐵城;波浪中螺旋槳推力變化的近似計(jì)算[J];中國造船;1999年02期

2 賈繼孺;魚雷螺旋槳推力的波動(dòng)特性[J];艦船科學(xué)技術(shù);1987年05期

3 李國定,古文賢;螺旋槳推力系數(shù)K_T值的數(shù)學(xué)表達(dá)[J];大連海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào);1991年03期

4 陶堯森,張帆,馮鐵城,章超;螺旋槳在規(guī)則波中推力和轉(zhuǎn)矩變化的研究[J];中國造船;1991年01期

5 李超;石愛國;楊波;張永勝;;艦船風(fēng)浪失速計(jì)算新模式[J];中國航海;2011年01期

6 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張永勝;王驍;唐沖;石愛國;楊寶璋;;風(fēng)浪中螺旋槳推力損失計(jì)算[A];中國航海學(xué)會——2004年度學(xué)術(shù)交流會優(yōu)秀論文集[C];2004年

2 王洪修;;單槳船螺旋槳推力計(jì)算方法研究[A];船舶航泊安全的新經(jīng)驗(yàn)新技術(shù)論文集（下冊）[C];2007年

3 莊毅;代亮;楊波;石愛國;;一種新的估算艦船旋回阻力的方法[A];船舶航泊安全的新經(jīng)驗(yàn)新技術(shù)論文集（下冊）[C];2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王陽陽;AUV動(dòng)力學(xué)模型研究及在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用[D];東南大學(xué);2016年

，

本文編號：1008962