混合驱动水下滑翔机垂直面控制方法研究

《混合驱动水下滑翔机垂直面控制方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、．．；．．讓；硕±学位论文漏合驱动水下攪翔机垂直面控制方法斯究ｎａｎｏｆｏｒ－ＳｔｕｄｙｏｎＬｏｎｇｉｔｕ化ｌＣｏｔｒｌＨｂｒｉｄｄｒｉｖｅｉｉｙＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＧｌｉｄｅｒｓＩ，＞：：；：ｉｌｌｉｆｉｉ；：：盛斯齡常抵谋；巧节韩磯繫霸ｍ讓攀烫矜薦馨繁屬ｍ＼．丐茲慕轟蓄驾Ｊ如ｆ赛冀觀議；古；冀？軒己縣；；邸結觀鑑識错张麵褐；灌譜蜗￥：：＇；。■：祐Ｓ；Ｃ：心明游码遺扣姐汽貼苗或品巧巧满ＪＳｆｉ禪郎－ｍｉｍｉ．：：誦釀Ｍｉｌ勝ｒ；備研究生：邢建生指导教师：白乐强教授学科专业：模式识别与智

2、能系统键媒建建二〇—五年十二月誦１分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文混合驱动水下滑翔机垂直面控制方法研究作者姓名：邢建生入学年份：2013年9月指导教师：白乐强教授学科专业：模式识别与智能系统申请学位：工学硕士所在单位：信息与控制工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：杜庆东答辩委员会组成：杜庆东宋晓宇栾方军刘天波刘俊岭论文评阅人：钟辉硕士研究生学位论文摘要I摘要陆地资源日益匮乏，作为蕴藏丰富资源的海洋及其重要的地理意义已受到世界各国的极大关注，而水下机器人作为海洋探测和作

3、业的工具也受到极大的关注。混合驱动水下滑翔机（Hybrid-drivenunderwatergliders，简称HDUGs)是集无人自治水下机器人（AutomomousUnderwaterVehicles，简称AUVs）和水下滑翔机（AutonomousUnderwaterGliders,简称AUGs）于一体的新型水下机器人。螺旋桨推进AUVs为水平面航行，适合于较小范围、短时间的观测作业任务，但不适合于大范围、长时间的海洋环境垂直剖面参数观测任务。水下滑翔机适合于垂直剖面内、大范围、长时间的观测作业任务，但由于水下滑翔机无法直接水平航行且航行速度较低，使得水下滑翔机不太适合在较大海流

4、海域和浅海区域执行海洋环境观测任务。混合驱动水下滑翔机是一种浮力与螺旋桨混合驱动的新概念水下滑翔机，这种滑翔机同时具有螺旋桨推进AUVs和水下滑翔机的特点，既可以水平航行，又可以沿锯齿形轨迹滑翔航行，具有较强的海洋环境适应能力。本文首先介绍了混合驱动水下滑翔机的工作机理，对其各重要结构和三种航行模式进行了详细介绍。然后主要针对混合驱动水下滑翔机垂直面，借鉴水下滑翔机三维动力学模型，利用牛顿第二定律详细推导了其垂直面动力学模型。本文采用矢量力学的方法，将混合驱动水下滑翔机作为多刚体系统，将其简化为以下质量点组成的系统：调整滑翔机姿态的内部可移动质量块、调节浮力的的质量块、质量均匀分布的壳

5、体质量块以及配平质量块，将水动力、重力、浮力等作为外力，采用牛顿第二定理建立了其垂直面动力学方程。并进行了仿真实验，实验结果表明了该动力学模型能准确的描述混合驱动水下滑翔机的运动。由于混合驱动水下滑翔机是非线性、强耦合，且受到海流、结构不确定等因素的影响，为了克服这些问题，针对滑翔机垂直面提出了基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法。本文为了方便对逆模型的讨论，将混合驱动水下滑翔机垂直面动力学模型进行了转化，然后通过转化后的垂直面动力学模型，并结合被控量和实际系统的输出推导出了混合驱动水下滑翔机的逆模型，此方法将原本高阶、非线性、强耦合的混合驱动水下滑翔机模型解耦为两个单入单出的线性模型

6、，然后应用滑模控制方法对垂直面合速度和俯仰角进行控制。仿真结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，而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。关键词：混合驱动水下滑翔机；水下滑翔机；非线性控制；垂直面控制；逆模型；滑模控制硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractAsincreasingscarcityoflandresources,theoceanhasbeenofgreatconcerntotheworldwhichhasabundantresourcesanditsimportantgeographicalsignificance.Sotheunderwa

7、terrobotsasthetoolofoceanexplorationhavealsobeenofgreatconcerns.Hybrid-drivenunderwatergliders(HDUGs)isanewtypeofunderwaterrobotwhichisacombineoftheautonomousunderwatervehicles(AUVs)andautonomousunderwatergliders(AUGs).TheAU