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1、天津大学硕士学位论文AUV浮力调节系统设计及控制策略研究DesignoftheVariableBuoyancySystemofAUVandResearchoftheControlStrategy学科专业：机械工程研究生：王佳指导教师：张宏伟副教授企业导师：刘德全高工天津大学机械工程学院2017年12月摘要随着高新技术的不断发展，人类开发和利用海洋资源的装备也在不断更新，作为一种海洋探测平台，AUV的技术水平和功能也日趋成熟。然而，复杂的海洋调查和海洋工程任务要求AUV能够航行得更远，能源带载量一定的情况下，
2、必须降低能耗。目前，大部分AUV出于安全的考虑设计成正浮力，并且由于海洋密度变化等因素，正浮力总量相对较大，因此存在平衡舵角和直航攻角，增加航行阻力和能耗。因此，本文提出一种浮力调节系统，以小排量的主动调节为主，实现精确调节，具有可靠性高，系统体积重量小的优点，并提出一种基于此浮力调节系统的深度控制策略，使得舵角、攻角减小。主要内容及成果如下：分析了存在平衡舵角和直航攻角的因素，确定增加浮力调节系统的必要性，对影响AUV最大浮力调节量的因素包括海水密度变化以及壳体压缩变化进行了研究，得到了浮力调节系统的最大
3、浮力调节量。采用AMESim软件对浮力调节系统液压原理图进行了动态仿真，验证了选购元件的可行性，然后搭建浮力调节系统实验平台，测试了相关参数，并与仿真结果进行了比对，验证了仿真的有效性，同时为浮力调节系统的实现提供保证。建立了AUV运动模型和动力学模型，并对纵垂面的相关水动力系数采用CFD以及半理论半经验的方法进行了求解。建立了AUV仿真模型、浮力调节模型、控制模型，提出基于浮力调节的AUV深度控制策略，采用Simulink软件搭建控制模型，验证了采用浮力调节进行深度控制的先进性。关键词：AUV，浮力调节系
4、统，动力学模型，控制策略IABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofhigh-tech,theequipmentforhumanexplorationandutilizationofmarineresourcesisalsoconstantlyupdated.Asamarineexplorationplatform,thetechnicallevelandperformanceofAUVarebecomingmoreandmoremature.However,complex
5、marinesurveysandmarineengineeringtasksrequireAUVtonavigatefurther,whichmeansreducingenergyconsumptionasmuchaspossiblewithacertainamountofenergy.Atpresent,mostoftheAUVarepositivebuoyantforsafety,andduetothechangeofoceandensityandotherfactors,thetotalbuoyanc
6、yamountisrelativelylarge,therefore,thereisabalancedrudderangleandadirectattackangle,increasingresistanceandenergyconsumption.Therefore,thispaperdesignsavariablebuoyancysystem.Takingtheactiveadjustmentofsmalldisplacementastheprincipalthing,thepreciseadjustm
7、entisachieved.Ithastheadvantagesofhighreliability,smallvolumeandweight.Adepthcontrolstrategybasedonthisvariablebuoyancysystemisproposed,whichreducestherudderangleandtheattackanglesignificantly.Themaincontentsandresultsareasfollows:Factorsoftheexistenceofab
8、alancedrudderangleandadirectattackangleareanalyzed,whichensuresthenecessityofVBS.Theinfluentialfactorsofmaximumbuoyancyregulatingvolumerelatingtothechangeofwaterdensityandcompressionofshellarestudied,andmaxim
