本文關(guān)鍵詞：仿生型水下航行器運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來，仿生型水下航行器以其高速高效、機(jī)動性好、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)成為仿生領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)“螺旋槳+舵”式的水下航行器體積大，質(zhì)量重，推進(jìn)效率低，噪音大，流體擾動作用明顯，低速時(shí)機(jī)動性能較差，使其在要求較高的場合無法使用，仿生型水下航行器應(yīng)運(yùn)而生。通過學(xué)習(xí)研究魚類先進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)，，運(yùn)用仿生學(xué)原理，設(shè)計(jì)推進(jìn)效率高、機(jī)動性好、噪聲低的仿生型水下航行器，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文首先對國內(nèi)外仿生型水下航行器的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行相關(guān)介紹，分析了仿生型水下航行器在科研、軍事以及海洋救撈等方面的應(yīng)用。然后對不同推進(jìn)方式的魚類進(jìn)行研究，通過比較可以得出湽科魚類最適合作為本文仿生的對象，對湽科魚類的游動的推進(jìn)機(jī)理進(jìn)行了全面深入的分析研究，建立了仿湽科水下航行器的運(yùn)動模型，進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，并計(jì)算出仿生型水下航行器尾部擺動產(chǎn)生的推進(jìn)力，及其在水下運(yùn)動受到的阻力。對動力學(xué)模型進(jìn)行仿真，通過比較分析各種運(yùn)動參數(shù)對仿生型水下航行器推進(jìn)性能的影響，對運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了科學(xué)化建議。進(jìn)而按照仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制作了四關(guān)節(jié)的仿生型水下航行器的尾部機(jī)構(gòu)，并提出了一種基于單片機(jī)的尾部擺動的運(yùn)動控制算法，該算法具有一定的普遍適用性，可用于多關(guān)節(jié)舵機(jī)的控制，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。 本文重點(diǎn)介紹了仿生型水下航行器控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，硬件包括中央控制系統(tǒng)以及運(yùn)動控制系統(tǒng)，軟件包括運(yùn)動控制算法以及單片機(jī)嵌入式程序。論文最后完成了仿生型水下航行器尾部運(yùn)動控制的實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)置不同參數(shù)，對尾部擺動進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿生型水下航行器尾部機(jī)械設(shè)計(jì)的可行性，硬件系統(tǒng)的可靠性以及運(yùn)動控制算法的有效性。本文解決了仿生型水下航行器尾部運(yùn)動控制的多種問題，完善了尾部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)方案達(dá)到了預(yù)期的效果。并為仿生型水下航行器進(jìn)一步下水實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：仿生 湽科模式 水下航行器 運(yùn)動控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U674.941;U661
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 仿生型水下航行器國內(nèi)外發(fā)展概況11-17
• 1.2.1 BCF 模式仿生型水下航行器11-15
• 1.2.2 MPF 模式仿生型水下航行器15-17
• 1.3 仿生型水下航行器應(yīng)用前景17-18
• 1.4 課題研究的目的及意義18-19
• 1.5 課題研究的主要工作19-21
• 2 仿生型水下航行器的推進(jìn)機(jī)理介紹21-27
• 2.1 魚類推進(jìn)方式分類及比較21-22
• 2.2 仿生型水下航行器推進(jìn)機(jī)理研究22-24
• 2.3 仿生型水下航行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 仿生型水下航行器的運(yùn)動分析27-41
• 3.1 湽科魚類游動的機(jī)理27-28
• 3.2 魚類的簡化模型28-29
• 3.3 魚體運(yùn)動模型簡化29-30
• 3.4 仿生型水下航行器的運(yùn)動分析30-34
• 3.4.1 仿生型水下航行器的運(yùn)動模型31
• 3.4.2 仿生型水下航行器尾部運(yùn)動數(shù)學(xué)分析31-32
• 3.4.3 仿生型水下航行器運(yùn)動模型建立32-34
• 3.5 仿生型水下航行器動力學(xué)模型的建立34-38
• 3.5.1 推進(jìn)力分析34-35
• 3.5.2 推進(jìn)力的計(jì)算35-37
• 3.5.3 阻力分析37
• 3.5.4 阻力的計(jì)算37-38
• 3.6 動力學(xué)模型仿真38-40
• 3.6.1 仿生尾部擺動頻率對推進(jìn)速度的影響38-39
• 3.6.2 仿生尾部擺幅對推進(jìn)速度的影響39-40
• 3.7 本章小結(jié)40-41
• 4 仿生型水下航行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-57
• 4.1 中央控制系統(tǒng)41-47
• 4.1.1 中央控制系統(tǒng)的芯片選擇42-43
• 4.1.2 中央控制電路43-47
• 4.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)47-55
• 4.2.1 運(yùn)動控制系統(tǒng)的芯片選擇48
• 4.2.2 運(yùn)動控制電路48-50
• 4.2.3 舵機(jī)的選型50-51
• 4.2.4 舵機(jī)的控制51-52
• 4.2.5 控制程序的設(shè)計(jì)52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 5 尾部運(yùn)動控制方法與實(shí)驗(yàn)57-71
• 5.1 尾部擺動的仿生設(shè)計(jì)57-59
• 5.2 尾部擺動的控制方法59-64
• 5.2.1 機(jī)械尾部擺動步態(tài)的制定59-61
• 5.2.2 轉(zhuǎn)彎運(yùn)動的尾部擺動的控制方法61-64
• 5.3 數(shù)字 PID 控制算法64-66
• 5.3.1 數(shù)字 PID 簡介65
• 5.3.2 PID 的應(yīng)用65-66
• 5.4 仿生型水下航行器尾部運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)66-69
• 5.4.1 仿生型水下航行器運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺67
• 5.4.2 仿生型水下航行器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析67-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 6 總結(jié)與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-80
• 個(gè)人簡歷80-81
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：284815