本文關(guān)鍵詞：變質(zhì)量水下航行器均衡系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研究

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【摘要】：自主水下航行器(AUV,Autonomous Underwater Vehicles)在海洋開發(fā)、海上警戒與攻擊等民事、軍事方面有著廣泛的應(yīng)用。目前,AUV正向著長(zhǎng)航程、大深度和多功能的方向發(fā)展。變質(zhì)量AUV是指動(dòng)力系統(tǒng)使用熱動(dòng)力和電動(dòng)力結(jié)合的混合動(dòng)力,且根據(jù)其航行任務(wù)攜帶有任務(wù)載荷的一種AUV。變質(zhì)量AUV航行過程中,隨著燃料消耗、載荷釋放以及航行水域密度變化,AUV的靜力平衡狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變,不利于AUV航行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和隱蔽性。論文根據(jù)變質(zhì)量AUV的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)AUV進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,建立變質(zhì)量AUV六自由度運(yùn)動(dòng)方程。為維持變質(zhì)量AUV靜力平衡狀態(tài),設(shè)計(jì)自主均衡系統(tǒng)。變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)由主壓載均衡系統(tǒng)、艏艉均衡系統(tǒng)、載荷補(bǔ)重均衡系統(tǒng)和應(yīng)急壓載系統(tǒng)組成。根據(jù)自主均衡系統(tǒng)的運(yùn)行原理,建立自主均衡系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。在Matlab/Simulink仿真軟件中,建立變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)仿真模型。分別對(duì)變質(zhì)量AUV的巡航狀態(tài)、緊急狀態(tài)和載荷釋放狀態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真,通過分析仿真數(shù)據(jù)可知:自主均衡系統(tǒng)能保證各種初始狀態(tài)的變質(zhì)量AUV安全、經(jīng)濟(jì)、隱蔽地巡航;變質(zhì)量AUV遭遇“淡水團(tuán)”等緊急狀態(tài)時(shí),適當(dāng)增加航速,自主均衡系統(tǒng)能使其順利脫險(xiǎn);變質(zhì)量AUV釋放載荷前,必須增加航速,自主均衡系統(tǒng)能在載荷釋放時(shí)、釋放后保障AUV及載荷的安全。根據(jù)變質(zhì)量AUV數(shù)學(xué)仿真的結(jié)果,結(jié)合其他AUV實(shí)航的數(shù)據(jù)分析,可在模擬實(shí)航條件下對(duì)變質(zhì)量AUV航行進(jìn)行更精確的數(shù)學(xué)仿真。實(shí)航條件下,由于海洋中存在海浪和海流的干擾,AUV的舵角和姿態(tài)角處于小幅振蕩的“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)”。通過引入模糊理論,設(shè)計(jì)模糊控制器,在實(shí)航條件下進(jìn)行變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真,并對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析:運(yùn)用模糊理論設(shè)計(jì)自主均衡系統(tǒng),能使變質(zhì)量AUV航行具有更好的安全性、經(jīng)濟(jì)性和隱蔽性。根據(jù)變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)在理想條件和實(shí)航條件下的數(shù)學(xué)仿真結(jié)果,可以為其工程設(shè)計(jì)中總體設(shè)計(jì)和元器件選擇提供理論依據(jù)。最后,論文提出了變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),并指出了變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的研究方法。
【關(guān)鍵詞】：變質(zhì)量水下航行器 自主均衡系統(tǒng) 安全性 經(jīng)濟(jì)性 隱蔽性 數(shù)學(xué)仿真 工程設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.941;U664.82
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 課題研究意義12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)13-21
• 1.3.1 AUV發(fā)展概述13-15
• 1.3.2 AUV自主均衡系統(tǒng)發(fā)展概述15-21
• 1.4 課題研究的目標(biāo)、內(nèi)容與方法21-22
• 1.4.1 課題研究的目標(biāo)21
• 1.4.2 課題研究的內(nèi)容21-22
• 1.4.3 課題研究的方法22
• 1.5 論文的結(jié)構(gòu)22-24
• 第二章 變質(zhì)量AUV六自由度運(yùn)動(dòng)方程24-42
• 2.1 引言24
• 2.2 AUV總體結(jié)構(gòu)24-26
• 2.3 AUV運(yùn)動(dòng)分析的坐標(biāo)系26-30
• 2.3.1 慣性坐標(biāo)系26-27
• 2.3.2 運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系27
• 2.3.3 AUV在慣性坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)27-28
• 2.3.4 慣性坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換28-30
• 2.4 AUV的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程30-31
• 2.4.1 AUV浮心的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程30
• 2.4.2 AUV轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程30
• 2.4.3 AUV的攻角和側(cè)滑角30-31
• 2.5 AUV的動(dòng)力學(xué)方程31-32
• 2.5.1 AUV的動(dòng)量和動(dòng)量矩31
• 2.5.2 AUV動(dòng)力學(xué)方程31-32
• 2.6 AUV運(yùn)動(dòng)受力分析32-38
• 2.6.1 靜力33-34
• 2.6.2 慣性水動(dòng)力34-35
• 2.6.3 黏性水動(dòng)力35-37
• 2.6.4 螺旋槳力37-38
• 2.7 海洋環(huán)境干擾模型38-40
• 2.7.1 海浪干擾模型38-39
• 2.7.2 海流干擾模型39-40
• 2.8 AUV的六自由度運(yùn)動(dòng)方程40-41
• 2.9 本章小結(jié)41-42
• 第三章 變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型42-48
• 3.1 AUV自主均衡系統(tǒng)組成42-45
• 3.1.1 主壓載均衡系統(tǒng)42-43
• 3.1.2 艏艉均衡系統(tǒng)43-44
• 3.1.3 載荷補(bǔ)重均衡系統(tǒng)44
• 3.1.4 應(yīng)急壓載系統(tǒng)44-45
• 3.2 AUV自主均衡系統(tǒng)工況分析45-46
• 3.2.1 巡航狀態(tài)45
• 3.2.2 緊急狀態(tài)45
• 3.2.3 載荷釋放狀態(tài)45-46
• 3.3 AUV自主均衡系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及仿真48-76
• 4.1 變質(zhì)量AUV巡航狀態(tài)均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及仿真48-58
• 4.1.1 AUV均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)48-49
• 4.1.2 AUV均衡系統(tǒng)控制器仿真49-58
• 4.2 變質(zhì)量AUV均衡系統(tǒng)緊急狀態(tài)控制器設(shè)計(jì)及仿真58-67
• 4.2.1 AUV均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)59-60
• 4.2.2 AUV均衡系統(tǒng)控制器仿真分析60-67
• 4.3 變質(zhì)量AUV均衡系統(tǒng)載荷釋放狀態(tài)控制器設(shè)計(jì)及仿真67-74
• 4.3.1 AUV均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)67-68
• 4.3.2 AUV均衡系統(tǒng)控制器仿真分析68-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 第五章 變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)76-95
• 5.1 AUV湖上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析76-79
• 5.2 變質(zhì)量AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)79-92
• 5.2.1 模糊控制理論79-83
• 5.2.2 AUV實(shí)航試驗(yàn)自主均衡系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)83-84
• 5.2.3 AUV實(shí)航條件下仿真分析84-89
• 5.2.4 復(fù)雜海洋環(huán)境AUV實(shí)航條件下仿真分析89-92
• 5.3 AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及研究方法92-94
• 5.3.1 AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)92-94
• 5.3.2 AUV自主均衡系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)研究方法94
• 5.4 本章小結(jié)94-95
• 第六章 總結(jié)與展望95-99
• 6.1 總結(jié)95-96
• 6.2 展望96-99
• 致謝99-101
• 參考文獻(xiàn)101-107
• 學(xué)術(shù)論文和科研成果107

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本文編號(hào)：806194