本文關(guān)鍵詞：混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)垂直面控制方法研究

  更多相關(guān)文章： 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī) 水下滑翔機(jī) 非線性控制 垂直面控制 逆模型 滑�？刂�

【摘要】：陸地資源日益匱乏,作為蘊(yùn)藏豐富資源的海洋及其重要的地理意義已受到世界各國(guó)的極大關(guān)注,而水下機(jī)器人作為海洋探測(cè)和作業(yè)的工具也受到極大的關(guān)注�；旌向�(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)(Hybrid-driven underwater gliders,簡(jiǎn)稱HDUGs)是集無(wú)人自治水下機(jī)器人(Automomous Underwater Vehicles,簡(jiǎn)稱AUVs)和水下滑翔機(jī)(Autonomous Underwater Gliders,簡(jiǎn)稱AUGs)于一體的新型水下機(jī)器人。螺旋槳推進(jìn)AUVs為水平面航行,適合于較小范圍、短時(shí)間的觀測(cè)作業(yè)任務(wù),但不適合于大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的海洋環(huán)境垂直剖面參數(shù)觀測(cè)任務(wù)。水下滑翔機(jī)適合于垂直剖面內(nèi)、大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)作業(yè)任務(wù),但由于水下滑翔機(jī)無(wú)法直接水平航行且航行速度較低,使得水下滑翔機(jī)不太適合在較大海流海域和淺海區(qū)域執(zhí)行海洋環(huán)境觀測(cè)任務(wù)�；旌向�(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)是一種浮力與螺旋槳混合驅(qū)動(dòng)的新概念水下滑翔機(jī),這種滑翔機(jī)同時(shí)具有螺旋槳推進(jìn)AUVs和水下滑翔機(jī)的特點(diǎn),既可以水平航行,又可以沿鋸齒形軌跡滑翔航行,具有較強(qiáng)的海洋環(huán)境適應(yīng)能力。本文首先介紹了混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的工作機(jī)理,對(duì)其各重要結(jié)構(gòu)和三種航行模式進(jìn)行了詳細(xì)介紹。然后主要針對(duì)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)垂直面,借鑒水下滑翔機(jī)三維動(dòng)力學(xué)模型,利用牛頓第二定律詳細(xì)推導(dǎo)了其垂直面動(dòng)力學(xué)模型。本文采用矢量力學(xué)的方法,將混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)作為多剛體系統(tǒng),將其簡(jiǎn)化為以下質(zhì)量點(diǎn)組成的系統(tǒng):調(diào)整滑翔機(jī)姿態(tài)的內(nèi)部可移動(dòng)質(zhì)量塊、調(diào)節(jié)浮力的的質(zhì)量塊、質(zhì)量均勻分布的殼體質(zhì)量塊以及配平質(zhì)量塊,將水動(dòng)力、重力、浮力等作為外力,采用牛頓第二定理建立了其垂直面動(dòng)力學(xué)方程。并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該動(dòng)力學(xué)模型能準(zhǔn)確的描述混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)。由于混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)是非線性、強(qiáng)耦合,且受到海流、結(jié)構(gòu)不確定等因素的影響,為了克服這些問(wèn)題,針對(duì)滑翔機(jī)垂直面提出了基于逆模型和滑�？刂频姆蔷�性控制方法。本文為了方便對(duì)逆模型的討論,將混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)垂直面動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了轉(zhuǎn)化,然后通過(guò)轉(zhuǎn)化后的垂直面動(dòng)力學(xué)模型,并結(jié)合被控量和實(shí)際系統(tǒng)的輸出推導(dǎo)出了混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的逆模型,此方法將原本高階、非線性、強(qiáng)耦合的混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)模型解耦為兩個(gè)單入單出的線性模型,然后應(yīng)用滑模控制方法對(duì)垂直面合速度和俯仰角進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明了基于逆模型和滑模的垂直面控制方法具有良好的控制性能,而且對(duì)外界擾動(dòng)具有一定的魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī) 水下滑翔機(jī) 非線性控制 垂直面控制 逆模型 滑�？刂�
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 前言10-11
• 1.2 研究背景11-15
• 1.3 課題研究目的及意義15-16
• 1.4 論文基本內(nèi)容16-18
• 1.4.1 論文研究?jī)?nèi)容16
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)工作機(jī)理18-26
• 2.1 前言18
• 2.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18-21
• 2.2.1 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)總體結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-20
• 2.2.3 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)20-21
• 2.3 滑翔機(jī)分布式控制系統(tǒng)21-23
• 2.3.1 控制系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)21-23
• 2.3.2 傳統(tǒng)PID控制方法23
• 2.4 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)工作模式23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-26
• 第三章 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)建模26-46
• 3.1 前言26
• 3.2 坐標(biāo)系定義及相互轉(zhuǎn)換26-31
• 3.2.1 各坐標(biāo)系定義26-28
• 3.2.2 坐標(biāo)系間的變換關(guān)系28-31
• 3.3 動(dòng)力學(xué)模型31-36
• 3.3.1 滑翔機(jī)簡(jiǎn)化模型31-32
• 3.3.2 滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)建模32-35
• 3.3.3 垂直面動(dòng)力學(xué)模型35-36
• 3.4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析36-43
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)36
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析36-43
• 3.5 本章小結(jié)43-46
• 第四章 基于逆模型和滑模的垂直面控制方法46-62
• 4.1 前言46
• 4.2 垂直面逆模型的求解46-48
• 4.3 控制器設(shè)計(jì)48-51
• 4.3.1 整體控制框架48-49
• 4.3.2 滑�？刂破髟O(shè)計(jì)49-51
• 4.4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析51-59
• 4.5 本章小結(jié)59-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 5.1 結(jié)論62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 作者簡(jiǎn)介68
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70
• 致謝70-71

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1 王U，

本文編號(hào)：771240