發(fā)布時間：2023-03-19 03:41

　　跨介質(zhì)潛空兩棲航行器是在空氣環(huán)境和水體環(huán)境中同時具備航行能力,并可以實現(xiàn)介質(zhì)交界面跨越運動的一類新型裝備。其空潛一體化的兩棲作業(yè)能力,符合“海洋強國”的戰(zhàn)略思想,滿足“空天地�！比轿涣Ⅲw化探測的任務需求,具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。本文以多旋翼形式的潛空兩棲航行器為研究對象,對其各任務剖面的運動控制問題展開研究。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)布局方案設計與系統(tǒng)建模:結(jié)合四旋翼飛行器及遙控水下機器人(ROVs)的布局優(yōu)勢,提出了一種“四氣四水”混合多旋翼驅(qū)動的兩棲航行器布置方案并闡述了工作原理�；诳臻g坐標變換規(guī)律推導得到其運動學模型,基于其受力分析結(jié)果采用Newton-Euler法推導得到其動力學模型,并采用偽逆法制定了合理的推力分配方案,為后續(xù)運動控制研究奠定了理論基礎。(2)單介質(zhì)運動控制研究:由于水、空單介質(zhì)運動在數(shù)學模型上具有相似性,本文將其統(tǒng)一成單介質(zhì)工況來研究,并為其設計了基于非線性干擾觀測器的指令濾波反步控制器,干擾觀測器用以觀測外界干擾及系統(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及其導數(shù),從而避免對其進行復雜的解析求導,仿真試驗表明該控制器對三維軌跡...

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：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 任務剖面分析
        1.2.3 技術特點分析
    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 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文研究內(nèi)容與技術路線
    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
        2.1.2 航行器的布置方案
        2.1.3 航行器的工作原理
    2.2 航行器運動學建模
        2.2.1 參考坐標系及運動參數(shù)定義
        2.2.2 坐標轉(zhuǎn)換
    2.3 航行器動力學建模
        2.3.1 航行器剛體動學模型
        2.3.2 航行器靜力分析與建模
        2.3.3 航行器流體動力分析與建模
        2.3.4 航行器六自由度動力學模型
    2.4 航行器推進系統(tǒng)建模
        2.4.1 螺旋槳推力模型
        2.4.2 推進系統(tǒng)建模
        2.4.3 推力分配方案設計
    2.5 航行器模型參數(shù)
    2.6 本章小結(jié)
第3章 單介質(zhì)運動控制器設計
    3.1 引言
    3.2 傳統(tǒng)反步控制基本理論
    3.3 單介質(zhì)運動非線性軌跡跟蹤控制器設計
        3.3.1 航行器單介質(zhì)運動控制問題描述
        3.3.2 非線性干擾觀測器設計
        3.3.3 指令濾波反步軌跡跟蹤控制器設計
        3.3.4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    3.4 仿真試驗分析
        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觀測性能分析
        3.4.4 指令濾波控制器響應分析
        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)運動控制器設計
    4.1 引言
    4.2 跨介質(zhì)運動模型的簡化
        4.2.1 跨介質(zhì)運動模型的簡化
        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)運動控制器設計
        4.3.1 跨介質(zhì)運動控制策略設計
        4.3.2 高(深)度子系統(tǒng)全狀態(tài)約束軌跡跟蹤控制器設計
        4.3.3 水平方向定點動力定位控制器設計
    4.4 仿真試驗分析
        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 全任務剖面的運動特點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)設計
        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現(xiàn)
    5.3 仿真試驗分析
        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 樣機試制與試驗研究
    6.1 試驗樣機設計與實現(xiàn)
        6.1.1 總體架構(gòu)方案設計
        6.1.2 樣機元件選型與匹配
        6.1.3 地面站軟硬件型號及設置
    6.2 樣機試驗測試
        6.2.1 推進器性能測試
        6.2.2 整機作業(yè)性能測試
    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
作者簡介及在學期間所取得的科研成果
致謝



本文編號：3764479