智能水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)整合了人工智能、信息融合、模式識(shí)別、自主控制、系統(tǒng)集成等方面的技術(shù),在眾多民用和軍事領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。良好的操縱性是AUV完成各種復(fù)雜水下任務(wù)并順利返回的基本保障,操縱性的研究也成為了分析AUV總體性能的重要組成部分。水下運(yùn)動(dòng)特性研究中,掌握操縱運(yùn)動(dòng)規(guī)律,正確建立動(dòng)力學(xué)模型是開(kāi)展其他性能分析與改進(jìn)工作的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)初期,結(jié)合任務(wù)需求對(duì)AUV的操縱性進(jìn)行綜合優(yōu)化,能有效的提高艇體的航行效率和環(huán)境適應(yīng)能力。本文對(duì)AUV的動(dòng)力學(xué)建模方法和基于改善艇型的操縱性優(yōu)化方法進(jìn)行研究,主要完成以下工作:對(duì)計(jì)算流體力學(xué)基本方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并以SUBOFF潛艇直航阻力為例,對(duì)數(shù)值模擬中的網(wǎng)格無(wú)關(guān)性進(jìn)行研究,為后續(xù)的計(jì)算分析確定最佳網(wǎng)格方案。在此基礎(chǔ)上利用CFD模擬PMM模型試驗(yàn)方法,對(duì)SUBOFF和HEU潛艇模型的水動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行辨識(shí)并與試驗(yàn)結(jié)果比較,大部分系數(shù)的計(jì)算誤差較小,驗(yàn)證了所選數(shù)值計(jì)算方法的可靠性。為了提高AUV的動(dòng)力學(xué)建模效率,提出一種高效的水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)方法-空間拘束運(yùn)動(dòng)模擬方法�；谠摲椒▋H需一次計(jì)算即可求得空間運(yùn)動(dòng)方程中的全部水動(dòng)力系數(shù)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同特征潛艇的計(jì)算分析,驗(yàn)證了新方法的可靠性。初始動(dòng)力學(xué)模型中系數(shù)眾多,且部分系數(shù)對(duì)艇體的運(yùn)動(dòng)影響甚微,因此結(jié)合顯著性檢驗(yàn)方法對(duì)動(dòng)力學(xué)模型在保證預(yù)報(bào)精度的前提下進(jìn)行簡(jiǎn)化。根據(jù)AUV的運(yùn)動(dòng)特征,研究了AUV操縱性的綜合評(píng)價(jià)方法。該方法包含垂直面運(yùn)動(dòng)、水平面運(yùn)動(dòng)以及續(xù)航力三個(gè)方面,綜合考慮了各運(yùn)動(dòng)的操縱性指標(biāo)。并引入了改進(jìn)的層次分析法,該方法克服了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的缺陷,形成了更科學(xué)、客觀的AUV操縱性能評(píng)價(jià)方法,避免了僅對(duì)單一操縱性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的局限性。受限于水動(dòng)力系數(shù)求取工作的復(fù)雜性,鮮少有AUV艇型參數(shù)對(duì)操縱性指標(biāo)的靈敏度分析研究。文中以空間拘束運(yùn)動(dòng)模擬方法為基礎(chǔ),首先對(duì)三種經(jīng)典的近似模型方法進(jìn)行對(duì)比分析,建立對(duì)文中所述問(wèn)題擬合能力最強(qiáng)的Kriging模型。其次,結(jié)合所建立的近似模型采用局部靈敏度和全局靈敏度分析方法,研究AUV的操縱性衡準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性。最后,量化操縱性指標(biāo)對(duì)艇型參數(shù)變化的響應(yīng)情況,分析當(dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí),各操縱性指標(biāo)的改善或惡化程度。結(jié)合靈敏度分析結(jié)果和操縱性綜合評(píng)價(jià)理念,研究了如何快速得到滿足任務(wù)條件的AUV最優(yōu)初始方案�，F(xiàn)有的研究成果中,在設(shè)計(jì)初期,AUV艇型的確定更依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和已有資料,因此,很難全面的考慮不同任務(wù)需求下的操縱性衡準(zhǔn)。此外,確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)或傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法中近似模型預(yù)測(cè)誤差易導(dǎo)致優(yōu)化解約束的失效。針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題,文中建立了考慮設(shè)計(jì)參數(shù)和近似模型兩種不確定性的AUV操縱性綜合優(yōu)化方法。該方法結(jié)合蒙特卡洛法對(duì)不確定性進(jìn)行了量化,可靠性更高。應(yīng)用該方法分析舵翼的面積一定,只改變艇型參數(shù)時(shí),幾種不同任務(wù)需求下得到的AUV最優(yōu)艇型。最后同時(shí)考慮艇體參數(shù)和舵翼面積,對(duì)特定任務(wù)需求下的AUV進(jìn)行綜合優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.941
【部分圖文】：

HUGIN系列AUVFig.1.3TheseriesofHUGINAUVMontereyBayAquariumResearchInstitute(MBARI)TethysAUVc)HUGIN3000d)HUGIN4500

Tethys系列AUVFig.1.4TheTethys classAUV

圖系列Fig.1.4 The Tethys classAUV國(guó)內(nèi)對(duì)智能水下機(jī)器人的研發(fā)也已經(jīng)有三十多年的歷史，成功研制了多個(gè)型號(hào)智能水下機(jī)器人。其中具有代表性的有哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)的“智水”[11]系列以及由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究研制的“CR-01”[12]、“CR-02”[13]和號(hào)”，中船重工710研制了多型中等潛深的AUV。AUV是世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，未來(lái)的AUV將逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、高、集群化、遠(yuǎn)程和深海方向發(fā)展[14]。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 范尚雍;;關(guān)于高速艦船操縱性衡準(zhǔn)[J];海軍工程學(xué)院學(xué)報(bào);1983年03期

2 李天森;魚雷操縱性衡準(zhǔn)的探討[J];船舶力學(xué);1999年02期

3 王志東,楊松林,朱仁慶;船舶操縱性能的預(yù)報(bào)、衡準(zhǔn)及優(yōu)化[J];華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1999年06期

4 陸惠生,李陵;船舶操縱性衡準(zhǔn)及在初步設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1991年04期

5 ;消息二則[J];海軍工程學(xué)院學(xué)報(bào);1983年02期

6 金勝利;;宣傳貫徹《衡準(zhǔn)》促進(jìn)內(nèi)河航行安全[J];交通標(biāo)準(zhǔn)化;1991年02期

7 張秀鳳,姜華,洪碧光;淺析船舶通航安全的影響因素(英文)[J];大連海事大學(xué)學(xué)報(bào);2003年S1期

8 朱新禮;70000t散貨船實(shí)船操縱性試驗(yàn)[J];船舶工程;1996年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 高婷;基于空間拘束運(yùn)動(dòng)模擬的AUV動(dòng)力學(xué)建模與操縱性優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2822622