淺海、湖泊與河流等水域的地形勘探常常以人工的形式進行,勘探人員通過潛水來探測水下地形,存在著效率低、危險性高的特點。隨著科技的發(fā)展,水下機器人被大量采用在探索水下地形。但目前應(yīng)用較多的仍是帶纜式水下機器人,該機器人的活動范圍受到線纜的限制。自主式水下機器人（AUV）不攜帶通信線纜,有較好地靈活性與自主性。本文研究一款輕型靈活的自主式水下機器人,解決上述勘探方式存在的問題。本文分析了輕型水下機器人的應(yīng)用需求,并提出了該水下機器人的設(shè)計指標。根據(jù)這些設(shè)計指標,設(shè)計了機器人的機械系統(tǒng)和硬件系統(tǒng),并在其硬件平臺上編寫了控制程序,實現(xiàn)了水下機器人的穩(wěn)定運行。考慮到水下環(huán)境的復(fù)雜性和非線性,導(dǎo)致建立水下機器人的控制模型難度較大。本文采用流體力學(xué)計算軟件Fluent對AUV系統(tǒng)的流體力學(xué)系數(shù)和流體特性進行了分析,獲得了流體動力學(xué)系數(shù)與速度之間的關(guān)系,并改進了機器人的運動模型。最后,獲得了雙AUV系統(tǒng)的更好的編隊間距。在水動力分析的基礎(chǔ)之上,建立了AUV本體坐標系與世界坐標系,并進一步求得AUV的運動學(xué)模型與動力學(xué)模型,并在此模型基礎(chǔ)之上,推導(dǎo)出AUV定深運動模型。本文設(shè)計了一個基于目標調(diào)節(jié)函數(shù)的非線... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題背景及研究意義
    1.3 水下機器人的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 水下機器人的分類
        1.3.2 水下機器人驅(qū)動技術(shù)
        1.3.3 水下機器人流體仿真技術(shù)
        1.3.4 水下機器人運動控制技術(shù)
        1.3.5 研究總結(jié)分析
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 輕型AUV的需求分析與方案設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 輕型AUV的需求分析
    2.3 輕型AUV的系統(tǒng)設(shè)計方案
        2.3.1 機械系統(tǒng)設(shè)計
        2.3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第3章 輕型AUV流體仿真分析
    3.1 引言
    3.2 輕型AUV流體仿真分析方法
        3.2.1 仿真條件設(shè)定
        3.2.2 流體仿真理論基礎(chǔ)
        3.2.3 流體數(shù)值計算模型
    3.3 基于CFD的 AUV驅(qū)動方式分析
        3.3.1 不同驅(qū)動方式的AUV建模與網(wǎng)格劃分
        3.3.2 邊界條件定義
        3.3.3 不同驅(qū)動方式的AUV流體仿真結(jié)果
    3.4 輕型AUV本體形態(tài)水動力系數(shù)研究
        3.4.1 模擬初始條件設(shè)定
        3.4.2 邊界條件設(shè)定
        3.4.3 模擬結(jié)果分析
    3.5 雙AUV系統(tǒng)的阻力分析
        3.5.1 模擬初始條件設(shè)定
        3.5.2 邊界條件設(shè)定
        3.5.3 模擬結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 輕型AUV運動模型與控制方法
    4.1 引言
    4.2 輕型AUV運動學(xué)與動力學(xué)模型的建立
        4.2.1 坐標系的建立
        4.2.2 坐標系間變量轉(zhuǎn)換
        4.2.3 輕型AUV運動學(xué)分析
        4.2.4 輕型AUV的受力分析
        4.2.5 輕型AUV剛體動力學(xué)分析
        4.2.6 輕型AUV定深運動建模
    4.3 AUV定深運動控制器的設(shè)計
        4.3.1 目標調(diào)節(jié)PID控制器的描述
        4.3.2 目標調(diào)節(jié)PID控制器的設(shè)計
        4.3.3 控制器的穩(wěn)定性分析
        4.3.4 輕型AUV定深運動的仿真
    4.4 本章小結(jié)
第5章 輕型AUV平臺搭建與實驗分析
    5.1 引言
    5.2 水下機器人平臺搭建
    5.3 輕型AUV軟件控制模塊
        5.3.1 指令控制與運動狀態(tài)界面
        5.3.2 圖像視頻采集界面
    5.4 輕型AUV推力實驗
        5.4.1 推力PWM匹配實驗
        5.4.2 推力速度匹配實驗
    5.5 定深運動控制器有效性檢驗
        5.5.1 輕型AUV定深實驗
        5.5.2 輕型AUV定深抗干擾實驗
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]考慮螺旋槳體積力的水下機器人水動力特性仿真[J]. 王太友,胡以懷,張寶吉,陳彥臻.  船舶工程. 2018(01)
[4]基于模糊自適應(yīng)滑模方法的AUV軌跡跟蹤控制[J]. 孫巧梅,陳金國,余萬.  艦船科學(xué)技術(shù). 2017(23)
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[7]基于自適應(yīng)方法的欠驅(qū)動AUV地形跟蹤控制[J]. 白繼嵩,龐永杰,萬磊,張英浩,張強.  電機與控制學(xué)報. 2017(06)
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博士論文
[1]水下球形機器人的運動控制研究[D]. 杜娟.哈爾濱工程大學(xué) 2013

碩士論文
[1]多模型控制理論在AUV運動控制中的應(yīng)用研究[D]. 任洪亮.哈爾濱工程大學(xué) 2004



本文編號：3651722