跨介質(zhì)潛空兩棲航行器是在空氣環(huán)境和水體環(huán)境中同時(shí)具備航行能力,并可以實(shí)現(xiàn)介質(zhì)交界面跨越運(yùn)動(dòng)的一類新型裝備。其空潛一體化的兩棲作業(yè)能力,符合“海洋強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略思想,滿足“空天地海”全方位立體化探測(cè)的任務(wù)需求,具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本文以多旋翼形式的潛空兩棲航行器為研究對(duì)象,對(duì)其各任務(wù)剖面的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題展開(kāi)研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)布局方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)建模:結(jié)合四旋翼飛行器及遙控水下機(jī)器人(ROVs)的布局優(yōu)勢(shì),提出了一種“四氣四水”混合多旋翼驅(qū)動(dòng)的兩棲航行器布置方案并闡述了工作原理�；诳臻g坐標(biāo)變換規(guī)律推導(dǎo)得到其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,基于其受力分析結(jié)果采用Newton-Euler法推導(dǎo)得到其動(dòng)力學(xué)模型,并采用偽逆法制定了合理的推力分配方案,為后續(xù)運(yùn)動(dòng)控制研究奠定了理論基礎(chǔ)。(2)單介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制研究:由于水、空單介質(zhì)運(yùn)動(dòng)在數(shù)學(xué)模型上具有相似性,本文將其統(tǒng)一成單介質(zhì)工況來(lái)研究,并為其設(shè)計(jì)了基于非線性干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制器,干擾觀測(cè)器用以觀測(cè)外界干擾及系統(tǒng)建模誤差,指令濾波器用以產(chǎn)生虛擬控制量的指令信號(hào)及其導(dǎo)數(shù),從而避免對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的解析求導(dǎo),仿真試驗(yàn)表明該控制器對(duì)三維軌跡...

【文章頁(yè)數(shù)】：113 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景與意義
    1.2 跨介質(zhì)潛空兩棲航行器概述
        1.2.1 定義和分類
        1.2.2 任務(wù)剖面分析
        1.2.3 技術(shù)特點(diǎn)分析
    1.3 跨介質(zhì)多旋翼潛空兩棲航行器的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線
    1.5 本章小結(jié)
第2章 兩棲航行器系統(tǒng)建模
    2.1 兩棲航行器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
        2.1.1 性能指標(biāo)
        2.1.2 航行器的布置方案
        2.1.3 航行器的工作原理
    2.2 航行器運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
        2.2.1 參考坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)參數(shù)定義
        2.2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
    2.3 航行器動(dòng)力學(xué)建模
        2.3.1 航行器剛體動(dòng)學(xué)模型
        2.3.2 航行器靜力分析與建模
        2.3.3 航行器流體動(dòng)力分析與建模
        2.3.4 航行器六自由度動(dòng)力學(xué)模型
    2.4 航行器推進(jìn)系統(tǒng)建模
        2.4.1 螺旋槳推力模型
        2.4.2 推進(jìn)系統(tǒng)建模
        2.4.3 推力分配方案設(shè)計(jì)
    2.5 航行器模型參數(shù)
    2.6 本章小結(jié)
第3章 單介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)
    3.1 引言
    3.2 傳統(tǒng)反步控制基本理論
    3.3 單介質(zhì)運(yùn)動(dòng)非線性軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)
        3.3.1 航行器單介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題描述
        3.3.2 非線性干擾觀測(cè)器設(shè)計(jì)
        3.3.3 指令濾波反步軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)
        3.3.4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    3.4 仿真試驗(yàn)分析
        3.4.1 仿真參數(shù)選取
        3.4.2 空間三維軌跡跟蹤性能分析
        3.4.3 NDO觀測(cè)性能分析
        3.4.4 指令濾波控制器響應(yīng)分析
        3.4.5 推力分配情況分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)
    4.1 引言
    4.2 跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)模型的簡(jiǎn)化
        4.2.1 跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)模型的簡(jiǎn)化
        4.2.2 垂直出入水條件下介質(zhì)物理參數(shù)的等效處理
    4.3 跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)
        4.3.1 跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)
        4.3.2 高(深)度子系統(tǒng)全狀態(tài)約束軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)
        4.3.3 水平方向定點(diǎn)動(dòng)力定位控制器設(shè)計(jì)
    4.4 仿真試驗(yàn)分析
        4.4.1 全狀態(tài)約束軌跡跟蹤控制器性能分析
        4.4.2 跨介質(zhì)分層雙回路軌跡跟蹤控制器性能分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 全局雙模式混合切換控制策略研究
    5.1 引言
    5.2 全局雙模式混合切換控制策略研究
        5.2.1 全任務(wù)剖面的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析及工作空間劃分
        5.2.2 全局雙模式混合切換控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.2.3 全局切換控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        5.2.4 全局雙模式混合切換控制策略的算法實(shí)現(xiàn)
    5.3 仿真試驗(yàn)分析
        5.3.1 仿真參數(shù)選取
        5.3.2 全局雙模式混合切換控制系統(tǒng)性能分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 樣機(jī)試制與試驗(yàn)研究
    6.1 試驗(yàn)樣機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        6.1.1 總體架構(gòu)方案設(shè)計(jì)
        6.1.2 樣機(jī)元件選型與匹配
        6.1.3 地面站軟硬件型號(hào)及設(shè)置
    6.2 樣機(jī)試驗(yàn)測(cè)試
        6.2.1 推進(jìn)器性能測(cè)試
        6.2.2 整機(jī)作業(yè)性能測(cè)試
    6.3 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝



本文編號(hào)：3764479