无人水下航行器悬停过程分析与仿真.pdf

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1、无人水下航行器悬停过程分析与仿真宋保维，张国振，曹永辉(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)AnalysisandSimulationofUUV’SHoveringProcessSONGBao—wei，ZHANGGuo—zhen，CAOYong—hui’(SchoolofMarineEngineering。NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：通过对无人水下航行器悬停过程的分析，要求，另外一个主要原因是无人水下航行器悬停的和对悬停过

2、程中运动进行的研究，建立了无人水下关键技术还不成熟。随着科学技术的突飞猛进，一航行器悬停的纵向运动方程，并运用Matlab中的仿些与水下航行器相关的技术领域，如新材料、计算机真模块Simulink对悬停过程进行仿真。通过对仿控制、水下精确导航与定位和水下通讯技术等取得真结果的分析，得出无人水下航行器悬停过程的基了长足的进步，一些可悬停的无人自主水下航行器本运动规律。不断被研究开发出来。关键词：无人水下航行器；悬停方式；过程仿真由于无人水下航行器悬停过程是从一种高速可中图分类号：TP242控状态到航速基本为零的悬停状

3、态，这一过程中控文献标识码：A制力的平稳过渡对航行器悬停过程中的稳定性至关文章编号：1001—2257(2012)12—0056—03重要，因此对无人水下航行器悬停过程进行分析和Abstract：Inthispaper，hoveringprocessof仿真是非常必要的。UUVhadbeenanalyzed．Theresearchonmotion1无人水下航行器的悬停方式ofUUV’Shoveringprocesshadbeendonehere．Andlongitudinalequationofmotionofho

4、vering1．1多推进器动态平衡式悬停processhadbeenestablished．Themotionofhove—无人水下航行器多推进器动态平衡式悬停，是ringprocesshadbeensimulatedbysimulation通过在无人水下航行器上加装多个推进器，通过控moduleofMatlab，whichwasabusinesscomputing制系统控制推进器的启动与关机或改变推进器的方software．Byanalyzingthesimulationresults，the向来实现。现有的可悬

5、停的无人水下航行器主要采basiclawofhoveringprocessmotionisgot．用这种方式。OdysseyIV无人自主水下航行器采Keywords：UUV；hoveringpattern；process用了4个1600r／min，平均能提供200N的力推进simU】ation器。其中2个推进器横向贯通航行器体，分别布置于航行器的头部和尾部。还有2个推进器安装在可旋转的机械臂上，使推进器布置于航行器主体外部。0引言机械臂布置在航行器形体中心，可尽可能减少巡航时的回转力矩。当航行器巡航时，侧边的2个推

6、进随着能源危机加剧，人类对海洋资源的开发将器定位到纵向，为航行器提供动力；当需要悬停时，会延伸到更远更深的区域。随着人类对海洋研究的侧边的2个推进器就会在控制电机的控制下旋转，不断深入，有很多方面的研究，尤其在海底地形测定位到竖直方向上，为航行器提供向上的推力，来抵绘、海洋探测等方面，需要水下航行器具有可定点悬消航行器的负浮力，使航行器悬停于水中。停的能力。相对于常规的鱼雷型的无人水下航行1．2重浮力平衡式悬停器，悬停式AUV的发展缓慢，一是由于通过航洋探无人水下航行器重浮力平衡式悬停方式受启发测船结合ROV系统可

7、实现部分定点探测与观察的于潜艇在水中的悬停。潜艇悬停也称为悬浮，是潜收稿日期：2012—09—06艇水下重要停泊方式之一。潜艇在水下悬停操纵是·56·《机械与电子}2012(12)人水下航行器悬停过程分基于阿基米德原理_1]，其原理看起来非常简单，但在水下航行器悬停主要通过改变仿生扑翼的扑动规实际应用中很难实现重浮力的平衡。因为重浮力平律，使扑翼推进装置产生能够平衡负浮力的垂向力，衡是一种非稳定平衡，外界环境稍有变化就会打破。并能够消除悬停过程中出现的不平衡力矩。无人水潜艇悬浮控制系统是潜艇操纵技术中的具有高技术下

8、航行器悬停流程如图1所示。含量的控制技术。这种悬停方式具有非常好的控制航行器自噪声和降低航行器水下悬停时工作功率的能力。重浮力平衡式悬停控制系统的小型化和模块化，将是以后悬停式水下航行器悬停控制系统的发展方向。t1．3仿生扑翼式悬停在自然界中，有一些生物如蜜蜂、海龟等具有独图1无人水F航行器悬停流程特的悬停方式，它们可以随心所欲地悬停在空中或2．1坐标系的选