本文關(guān)鍵詞：碟形水下滑翔機(jī)控制策略研究

  更多相關(guān)文章： 水下滑翔機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模糊參數(shù) PID控制

【摘要】：海洋監(jiān)測(cè)在海洋開發(fā)過程中具有重要地位。本文提出了一種新型的碟形水下滑翔機(jī)。在特點(diǎn)上,該新型的水下滑翔機(jī)在具備水下航行時(shí)間長(zhǎng)、水下航行探測(cè)范圍廣、不依賴母船和噪音小的基本優(yōu)點(diǎn)外,還因碟形的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了靈活性以及抗纏繞的特點(diǎn)。同時(shí)基于碟形水下滑翔機(jī)這種全翼身的整體結(jié)構(gòu),其完全依靠自身浮力的變化來產(chǎn)生航行的動(dòng)力,獲得滑行前進(jìn)的速度。在滑翔機(jī)進(jìn)行上浮和潛水的運(yùn)動(dòng)時(shí),只需要在其運(yùn)動(dòng)周期的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)進(jìn)行姿態(tài)的調(diào)整,調(diào)節(jié)浮力和重力的相互關(guān)系,而中間的滑翔過程中無需任何調(diào)整。但是在控制水下滑翔機(jī)的時(shí)候,由于其在水下很難保持線性航行,運(yùn)動(dòng)方程難以模擬,所以在控制方法上,本文采用了獨(dú)立設(shè)計(jì)的模糊PID控制器作為該碟形水下滑翔機(jī)的控制方法。本文首先,分析了碟形水下滑翔機(jī)在水下的運(yùn)動(dòng)方式,建立了水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析坐標(biāo)系,確立了完善的軸向平移及轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程,進(jìn)行了合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化,最終得到了較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方程,同時(shí)也清楚的體現(xiàn)了針對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的控制方法用于該碟形水下滑翔機(jī)的難度,提出了考慮采用PID這種無視模型的控制方法。其次,在針對(duì)該新型水下滑翔機(jī)的全對(duì)稱的碟形設(shè)計(jì),提出了碟形水下滑翔機(jī)的總體設(shè)計(jì)思路,包括外形設(shè)計(jì)、浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)。詳細(xì)闡述了各個(gè)子系統(tǒng)的功能和和實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)考慮在現(xiàn)有的硬件支持下完全可以可添加模糊控制對(duì)PID控制進(jìn)行進(jìn)一步的精確。最后,針對(duì)水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制策略研究,獨(dú)立設(shè)計(jì)了模糊PID控制器作為其控制方案,針對(duì)其特點(diǎn)采用模糊參數(shù)控制的方法讓模糊控制和PID控制相結(jié)合,通過偏差和偏差變化率實(shí)時(shí)修正比例、積分和微分系數(shù),并且進(jìn)行了水池實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn),最終完成用模糊控制對(duì)PID參數(shù)控制的實(shí)現(xiàn)。既避開了復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方程,同時(shí)人為的經(jīng)驗(yàn)用模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)也進(jìn)一步提高了碟形水下滑翔機(jī)的控制精度,讓其在性價(jià)比和精度上的結(jié)合更優(yōu)越,證明了水下滑翔機(jī)在未來海洋爭(zhēng)霸中的重要地位。
【關(guān)鍵詞】：水下滑翔機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模糊參數(shù) PID控制
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.941
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述11-17
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 水下滑翔器常用控制算法16-17
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容和方案17-20
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.2 研究方案18-20
• 第二章 運(yùn)動(dòng)分析和數(shù)學(xué)建模20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 運(yùn)動(dòng)分析20-22
• 2.2.1 前向滑翔過程21
• 2.2.2 前向航行過程21-22
• 2.3 運(yùn)動(dòng)建模分析22-30
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義22-24
• 2.3.2 基本假設(shè)24-25
• 2.3.3 軸向的平移運(yùn)動(dòng)方程25-26
• 2.3.4 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)方程26-27
• 2.3.5 運(yùn)動(dòng)方程的簡(jiǎn)化27-28
• 2.3.6 水下滑翔機(jī)的空間運(yùn)動(dòng)方程28-29
• 2.3.7 雙滑塊對(duì)姿態(tài)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)29-30
• 2.4 圓碟行滑翔器的三種典型運(yùn)動(dòng)30-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 總體結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)控制策略32-47
• 3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-34
• 3.1.1 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)32-33
• 3.1.2 重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)33
• 3.1.3 控制系統(tǒng)33-34
• 3.2 液壓升降模塊34-36
• 3.2.1 液壓升降原理34
• 3.2.2 液壓升降模塊組成及結(jié)構(gòu)原理圖34-36
• 3.3 姿態(tài)調(diào)節(jié)模塊36-38
• 3.3.1 姿態(tài)調(diào)節(jié)模塊原理36-38
• 3.3.2 姿態(tài)調(diào)節(jié)模塊組成38
• 3.4 硬件電路部分38-45
• 3.4.1 電源部分39-40
• 3.4.2 MC9S12X256最小系統(tǒng)40-41
• 3.4.3 miniAHRS九軸傳感器模塊41-42
• 3.4.4 北斗+GPS雙模全球定位模塊42
• 3.4.5 Zigbee無線通信模塊42-43
• 3.4.6 繼電器模塊43-44
• 3.4.7 步進(jìn)電機(jī)44-45
• 3.4.8 壓力變送器45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 第四章 水下滑翔機(jī)模糊PID控制器設(shè)計(jì)47-70
• 4.1 PID控制47-51
• 4.1.1 比例控制(P)48
• 4.1.2 積分調(diào)節(jié)(I)48-49
• 4.1.3 微分調(diào)節(jié)(D)49-50
• 4.1.4 數(shù)字PID50-51
• 4.2 模糊控制51-54
• 4.2.1 模糊控制的發(fā)展51-53
• 4.2.2 模糊控制器的結(jié)構(gòu)53
• 4.2.3 模糊控制在控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)53-54
• 4.3 基于水下滑翔機(jī)的模糊PID控制器設(shè)計(jì)54-69
• 4.3.1 模糊PID控制器的控制流程55
• 4.3.2 模糊PID控制器的模糊化55-57
• 4.3.3 PID參數(shù)對(duì)控制性能影響分析57-58
• 4.3.4 PID參數(shù)調(diào)整的模糊規(guī)則建立58-61
• 4.3.5 模糊PID控制器的模糊控制表61-63
• 4.3.6 PID初始參數(shù)的設(shè)定方法63-64
• 4.3.7 仿真64-66
• 4.3.8 水池實(shí)驗(yàn)66-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第五章 結(jié)論與展望70-72
• 5.1 總結(jié)70
• 5.2 展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：865706