基于多推进器的AUV建模与控制器设计

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1、两北T业大学坝L学位沦文中文摘臻摘要自主水下航行器(AUV)广泛应用于海洋救助与打捞、深海资源调查、海洋石油开采、水下工程施工、军事和国防建设等诸多方面，己经产生了巨大的经济效益和社会效益，具有潜在的应用前景。自主水下航行器技术也是当前世界各国投巨资争相研究的热点。目前只有以舵作为控制输入的传统水下航行器，只能够工作在航速较高的巡航状态，当航速较低时，舵的控制效率很低，航速为零时，舵即失去控制作用。本文在传统水下航行器的基础上，增加了两个主推推进器、两个侧推推进器和两个垂直推进器，使水下航行器具有更强的机动性和灵活性。使其不仅能够工作在速度较高的巡航工作状态，而且能够工作在低速、甚至速度为

2、零时的悬停状态。本文主要的工作和创新点主要有以下几个方面：一、采用矢量参数的形式建立了基于多推进器自主水下航行器的六自由度运动学方程和动力学方程；对基于多推进器自主水下航行器的流体动力进行了重新分类，给出了基于多推进器自主水下航行器在巡航工作模式和悬停工作模式两种不同工作状态下流体动力的数学描述。二、对基于多推进器自主水下航行器存在悬停工作模式时的运动学方程进行了分析，利用小扰动原理，给出了水下航行器工作在悬停工作模式时，存在大功角、大侧滑角情形下的线性化方法，并对方程进行了纵平面和水平面的分解，分别推导了纵平面和水平面的线性化方程。三、针对基于多推进器自主水下航行器，引入了多输入多输出滑

3、模变结构控制理论；依据此理论，设计了纵平面和水平面的滑模变结构控制器，实现了低速悬停工作模式时用垂推和侧推控制，速度较高的巡航工作模式时用舵的控制，取得了比较好的控制仿真结果。四、研究了自主水下航行器舵与推进器的联合控制问题，给出了垂推、水平舵的联合定深控制，垂推、侧推与舵的联合控制，以及推进器与舵联合控制的定点跟踪问题，并给出了仿真结果。关键词：多推进器自主水下航行器，多输入多输出，滑模变结构控制，垂推侧推pq北T。业大学硕士学位论文ABSTRACTTheAutonomousUndenvaterVehicle(AUv)is印pliedintheocean8alva％thedeepsear

4、es011rcesinvestigation，theoceanpetroleummine，undenⅣaterengineeringcons仃uction，themilitaryaJldnationaldefensesetc．nhasproducedmehu窟eeconomicperfonnancea11dsocialperfo肼ances，andithaslatentappIiedforeground．TheAUVtecⅢqueisalsohotpointthattheimemationalcommunityinvestshugemoneyinstudy．Theinputoffhemos

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6、ycanworkinmehi曲speedcruising，butalsocallworkinthelowspeedhovering’evenifmespeediszero．Thisdissenation’smainworkaIldinnovationsisf．0110wing：1，The6DOFkinematicanddyn锄icequationsofmotionformultiplet11rustersAUV(MTAUV)arederivedandpresemedinacompactfomlusingvectornotation．Thehvdro“neticsofmeMTAUViscla

7、ssifiedanew．TheMTAUVhastwokindsofworkmodeswhicharecruisinga11dhovering．ThefIuiddynamicalmathematicsdescriptionoftheMTAUVisgivenanew．2ThekineticsequationsoftheMTAUVinthelowspeedhoveringareanalvzedandstudiedThenon．