【摘要】：AUV是進行海洋環(huán)境和資源調(diào)查的強有力工具，具有廣闊的應用前景。然而有限的能源使得AUV無法長時間工作，為了在能源一定的情況下延長AUV的監(jiān)測時間，本文進行了著陸式AUV動力學行為與控制策略研究。在著陸式AUV設計基礎上，建立了著陸式AUV的動力學模型，分析了運動參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性和機動性的影響，設計了運動控制器并對著陸策略進行了研究，通過大量的水域試驗驗證了本文理論研究與分析的正確性。該AUV通過注水改變負浮力降落到海底，以實現(xiàn)只保持耗能少的監(jiān)測傳感器工作來延長工作時間的目的。 根據(jù)著陸式AUV的功能和設計目標，采用機械結(jié)構(gòu)模塊化和控制架構(gòu)分布式的設計理念，設計了著陸式AUV的樣機，實現(xiàn)了在設計速度和深度下的航行、測量、通信及著陸功能。 采用牛頓-歐拉方法建立了著陸式AUV的非線性動力學模型，通過CFD方法和流體動力參數(shù)試驗獲得了表征著陸式AUV特征的流體動力參數(shù)，并進行了仿真分析，為運動控制提供了依據(jù)。 根據(jù)所建立的動力學模型，對著陸式AUV水平面和垂直面內(nèi)的運動進行了穩(wěn)定性和機動性分析。在AUV總體外形確定的情況下，，建立了基于重心坐標、舵力系數(shù)及航速等變量的穩(wěn)定性曲面函數(shù)，以判定上述參數(shù)對著陸式AUV系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；重點分析了舵對AUV運動穩(wěn)定性的作用，進而用穩(wěn)定性分析結(jié)果指導AUV舵的設計；考慮了航行中AUV運動參數(shù)如速度等對穩(wěn)定性的影響，得出提高速度有利于增強穩(wěn)定性的結(jié)論。 研究了著陸式AUV的運動控制系統(tǒng)，設計了航速、航向及深度控制器。針對PID控制器在水域試驗中的局限性，設計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器。研究了下潛到近海底注水著陸策略，即將著陸過程分為下潛、拉平、定高直航搜索著陸點和自由下沉四個階段，進而設計出著陸軌跡。采用視線跟蹤與軌跡誤差法跟蹤上述著陸軌跡，以確保航行過程的穩(wěn)定性，避免AUV意外觸底；同時考慮了海底地形的影響，以確保安全著陸。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P715.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李錫群,王志華;無人水下航行器(UUV)技術(shù)綜述[J];船電技術(shù);2003年06期

2 沈宏良,劉昶;飛機平衡狀態(tài)的優(yōu)化計算方法[J];飛行力學;2001年04期

3 沈宏良,陶矩,魏立新,劉昶;航天飛機自動著陸軌跡優(yōu)化設計[J];飛行力學;2004年01期

4 封錫盛;從有纜遙控水下機器人到自治水下機器人[J];中國工程科學;2000年12期

5 封錫盛,劉永寬;自治水下機器人研究開發(fā)的現(xiàn)狀和趨勢[J];高技術(shù)通訊;1999年09期

6 劉建成,劉學敏,徐玉如;極大似然法在水下機器人系統(tǒng)辨識中的應用[J];哈爾濱工程大學學報;2001年05期

7 馬偉鋒;胡震;;AUV的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];火力與指揮控制;2008年06期

8 張軍,楊一棟,曹東;航天飛機自動著陸技術(shù)概念研究[J];航天控制;2004年02期

9 朱光文;我國海洋監(jiān)測技術(shù)研究和開發(fā)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展[J];海洋技術(shù);2002年02期

10 余雄,唐曉東;國內(nèi)外幾種水下機器人的性能對比與分析[J];機器人技術(shù)與應用;1997年01期

相關(guān)博士學位論文 前7條

1 侯巍;具有著陸坐底功能的水下自航行器系統(tǒng)控制與試驗研究[D];天津大學;2006年

2 溫秉權(quán);小型淺水域水下自航行器系統(tǒng)設計與試驗研究[D];天津大學;2005年

3 曹永輝;復雜環(huán)境下自主式水下航行器動力定位技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

4 張宏偉;可著陸水下自航行器系統(tǒng)設計與動力學行為研究[D];天津大學;2007年

5 王延輝;水下滑翔器動力學行為與魯棒控制策略研究[D];天津大學;2007年

6 王曉鳴;混合驅(qū)動水下自航行器動力學行為與控制策略研究[D];天津大學;2009年

7 武建國;混合驅(qū)動水下滑翔器系統(tǒng)設計與性能分析[D];天津大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 高劍;自主式水下航行器的建模與自適應滑�？刂芠D];西北工業(yè)大學;2004年

2 寧東方;無人機自動著陸控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

3 趙晶;AUV模糊神經(jīng)網(wǎng)絡混合學習算法的控制研究[D];哈爾濱工程大學;2007年

4 許亮;基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的AUV路徑規(guī)劃技術(shù)研究[D];中國海洋大學;2007年

5 劉小華;模糊神經(jīng)網(wǎng)絡在飛機自動著陸系統(tǒng)中的應用研究[D];長春理工大學;2008年

6 牟春暉;基于故障樹的AUV可靠性研究[D];哈爾濱工程大學;2009年

本文編號：2636602