本文關(guān)鍵詞：水下直升機的水動力建模及控制算法設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 水下直升機 水動力建模 改進(jìn)模糊-PID控制 深度控制 姿態(tài)控制

【摘要】：隨著我國“十三五”規(guī)劃的提出,海洋強國戰(zhàn)略的重要性被進(jìn)一步強調(diào),國家對于發(fā)展海洋科技、開發(fā)和利用海洋資源、保護(hù)海洋環(huán)境和海洋國土的要求越來越迫切。然而水下環(huán)境十分惡劣,除了無氧、腐蝕性、壓強的因素,不確定的海流亦對人類進(jìn)行水下環(huán)境直接探測造成了極大的阻礙。水下直升機作為一種自主無人水下航行器,其主要特點是直升直降、懸停定深,在一定程度上能夠替代人類從事較為復(fù)雜的水下作業(yè)。為了實現(xiàn)水下直升機自主性航行的目標(biāo),其控制器的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計中非常重要的一環(huán)。本論文從理論上分析了水下直升機的控制器設(shè)計問題,并進(jìn)行了一定的仿真驗證。在水動力建模方面,本文應(yīng)用牛頓力學(xué)定律、流體力學(xué)相關(guān)理論建立了水下直升機的平衡方程。主要思路為：首先從水下直升機的機械結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)出發(fā),將水下直升機的主體分為一個主件及若干附件,計算了水下直升機的浮心和重心的位置、浮力與重力數(shù)值、質(zhì)量矩陣、附加質(zhì)量矩陣、科氏力矩陣、附加科氏力矩陣等,然后建立了水下直升機的螺旋槳的輸入輸出模型,進(jìn)而推導(dǎo)了螺旋槳輸出矩陣,最后對水下直升機的水動力系數(shù)進(jìn)行了整合,給出水下直升機的參數(shù)時變的狀態(tài)空間模型,并根據(jù)相關(guān)條件對該模型進(jìn)行了簡化。在控制器設(shè)計方面,本文首先對水下直升機的模型進(jìn)行了簡化,分析了經(jīng)簡化后的水下直升機狀態(tài)空間模型的開環(huán)傳遞函數(shù),確定了隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)則庫、反模糊化方法、改進(jìn)偏差PID控制算法,進(jìn)而確定相應(yīng)的模糊PID控制器框架；接著探究了輸入誤差系數(shù)放大倍數(shù)、輸入誤差系數(shù)變化率放大倍數(shù)、輸出比例環(huán)節(jié)放大系數(shù)、輸出積分環(huán)節(jié)放大系數(shù)、輸出微分環(huán)節(jié)放大系數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響,進(jìn)而選取了適合的控制器參數(shù)；最后通過軟件仿真,比較了在無海流干擾與有海流干擾的兩種情形下,控制器在深度、巡航與姿態(tài)方面的控制效果。仿真結(jié)果顯示,各項性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。本論文的研究成果可用于水下直升機樣機的控制器設(shè)計及樣機的控制器設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,服務(wù)于我國的海洋建設(shè)。
【關(guān)鍵詞】：水下直升機 水動力建模 改進(jìn)模糊-PID控制 深度控制 姿態(tài)控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1. 緒論11-24
• 1.1 水下潛器的研究背景及意義11-13
• 1.2 水下直升機13-14
• 1.3 國內(nèi)外水下潛器建模工作研究現(xiàn)狀14-21
• 1.4 國內(nèi)外水下潛器控制器研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容及研究意義22
• 1.6 本文的研究成果及主要創(chuàng)新點22-23
• 1.7 本文的章節(jié)安排23-24
• 2. 水下直升機的模型建立24-59
• 2.1 水下直升機的機械結(jié)構(gòu)與控制結(jié)構(gòu)24-27
• 2.2 水下直升機的靜態(tài)動力學(xué)分析27-29
• 2.2.1 慣性坐標(biāo)系與參考坐標(biāo)系27
• 2.2.2 坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換27-29
• 2.3 水下直升機的水動力學(xué)分析29-47
• 2.3.1 水下直升機質(zhì)量計算30-35
• 2.3.2 水下直升機附加質(zhì)量的計算35-39
• 2.3.3 水下直升機的阻力估算39-43
• 2.3.4 水下直升機的海流復(fù)合方法43
• 2.3.5 螺旋槳簡化模型43-47
• 2.4 水下直升機的水動力模型47-54
• 2.5 水下直升機的模型簡化54-57
• 2.6 本章小節(jié)57-59
• 3. 水下直升機的控制算法設(shè)計59-85
• 3.1 控制算法簡介59-67
• 3.1.1 PID控制算法及其改進(jìn)算法59-62
• 3.1.2 滑�？刂品桨�62-65
• 3.1.3 模糊控制65-67
• 3.2 水下直升機的控制方框圖67-69
• 3.3 水下直升機控制子系統(tǒng)69-72
• 3.3.1 水下直升機的垂直子系統(tǒng)69
• 3.3.2 水下直升機水平子系統(tǒng)69-71
• 3.3.3 水下直升機姿態(tài)子系統(tǒng)71-72
• 3.4 水下直升機的深度控制方案72-80
• 3.4.1 隸屬度函數(shù)72-74
• 3.4.2 模糊規(guī)則74-75
• 3.4.3 反模糊化75-79
• 3.4.4 PID控制器與其改進(jìn)方案79-80
• 3.5 水下直升機的巡航控制方案80-83
• 3.6 水下直升機的姿態(tài)控制方案83-84
• 3.7 本章小結(jié)84-85
• 4. 仿真匯總85-91
• 4.1 無干擾情形85-86
• 4.1.1 某無干擾情形下深度控制實例85-86
• 4.1.2 某無干擾情形下巡航控制實例86
• 4.2 仿真實例86-90
• 4.2.1 某有干擾作用下的深度、姿態(tài)控制實例86-87
• 4.2.2 某有干擾作用下的巡航實例87-90
• 4.2.3 某有干擾作用下的綜合控制方案90
• 4.3 本章小節(jié)90-91
• 5. 總結(jié)與展望91-95
• 5.1 全文總結(jié)91-93
• 5.1.1 全文主要研究內(nèi)容91
• 5.1.2 主要結(jié)論91-93
• 5.2 研究展望93-95
• 參考文獻(xiàn)95-100
• 附錄A 水下直升機的狀態(tài)空間模型參數(shù)100-102
• 附錄B 水下直升機的姿態(tài)控制方案-具備區(qū)域約束型的狀態(tài)反饋控制器解法102-108
• 附錄C 作者簡介108

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙越;王仁強;繆克銀;;基于新型滑膜控制的船舶航向自動舵設(shè)計[J];船舶工程;2015年09期

2 高春燕;;一種動態(tài)面自適應(yīng)滑膜控制策略[J];新技術(shù)新工藝;2015年03期

3 侯建釗;高菲;張東昆;;基于MOOS的AUV的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年20期

4 李晶;王蓉;朱雷鳴;黃海樂;;“天繪一號”衛(wèi)星測繪相機在軌幾何定標(biāo)[J];遙感學(xué)報;2012年S1期

5 王艷華;蘇洲;孫團(tuán);;基于FLUENT的螺旋槳水動力特性分析[J];中國水運(下半月);2012年08期

6 劉正元;王磊;崔維成;;國外無人潛器最新進(jìn)展[J];船舶力學(xué);2011年10期

7 蔡繼峰;方新;梁乃剛;;有限長圓柱橫向附加質(zhì)量的計算與工程應(yīng)用方法[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2011年17期

8 田毅;張欣;張良;張昕;;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工況識別的混合動力電動汽車模糊控制策略[J];控制理論與應(yīng)用;2011年03期

9 王述彥;師宇;馮忠緒;;基于模糊PID控制器的控制方法研究[J];機械科學(xué)與技術(shù);2011年01期

10 楊騷;陳俊亮;;基于元組空間通信的擴(kuò)展呼叫處理語言協(xié)同技術(shù)[J];高技術(shù)通訊;2010年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 田世君;高靈敏度GPS定位及組合導(dǎo)航技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 馬飛;螺旋槳空化及噪聲性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 曹峰;復(fù)合材料螺旋槳—流固耦合[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號：886461