水下滑翔机动力学建模及PID控制.pdf

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1、第39卷第12期舰船科学技术Vol.39,No.122017年12月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYDec.,2017水下滑翔机动力学建模及PID控制王旭超，齐向东(太原科技大学电子信息与工程学院，山西太原030051)摘要:为了解决水下滑翔机的控制问题，设计了尾部四螺旋桨来控制滑翔机的俯仰和转向，对水下滑翔机进行运动学和动力学建模，并在其基础上设计了PID控制器。通过Matlab/Simulink仿真和湖试对所设计的PID控制器的有效性进行验证。仿真结果表明在所设计的PID参数下

2、，控制器能够有效地完成水下滑翔机自稳定控制。湖试结果与仿真结果相比较，可以得出设计的PID控制器参数选取合理，能够快速准确地实现姿态的调节。关键词：水下滑翔机；动力学模型；PID控制；Matlab仿真；湖试中图分类号：N945.12；TP391.9文献标识码：A文章编号：1672-7649(2017)12-0064-06doi：10.3404/j.issn.1672-7649.2017.12.014DynamicmodelingandPIDcontrolofunderwatergliderWANG

3、Xu-chao,QIXiang-dong(SchoolofElectronicsandInformation,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030051,China)Abstract:Inordertosolvetheproblemofunderwaterglidercontrol,thetailfour-propellerisdesignedtocontrolthepitchingandsteeringoftheglider.The

4、kinematicsanddynamicsoftheunderwaterglideraremodeledandthePIDcontrol-lerisdesignedonthebasisofit.ThevalidityofthedesignedPIDcontrollerisverifiedbyMatlab/simulinksimulationandlaketest.Thesimulationresultsshowthatthecontrollercaneffectivelycontrolthesel

5、f-stabilizationoftheunderwatergliderunderthedesignedPIDparameters.Comparedwiththesimulationresults,itcanbeconcludedthatthedesignofthePIDcon-trollerisreasonableandtheattitudecanbeadjustedquicklyandaccurately.Keywords:underwaterglider；dynamicmodel；PIDco

6、ntrol；Matlabsimulation；laketest0引言态，在建立了运动模型基础上，结合PID算法，设计合理的PID控制器，用仿真来验证算法的稳定性和抗21世纪以来，海洋资源的开发和利用问题越来越干扰能力，并通过试验来验证这种方法的有效性。引起人们的关注，随着技术的不断成熟，水下滑翔机作为一种新型的海洋勘测工具逐渐发展起来。水下滑1结构及其工作原理翔机中的姿态调节单元能调整机体的俯仰角和偏转按照水下滑翔机所实现的功能来分，其结构主要角，是AUV的重要运动功能单元，其设计的优劣直接影响A

7、UV运动性能的好坏。传统的方式通过调整内部可以分为：头部装置、控制段、载荷段、动力段、整压载重块的位置，在浮力调节单元外皮囊体积变化和流罩。具体结构如图1所示。水平机翼的配合下，实现航行器转向运动。由于这种工作原理：水下滑翔机依靠电机驱动液压泵，调方法是间接通过改变重心来改变姿态的，这就导致控节内压水仓的体积，从而改变整个系统的总浮力,使其制过程中的不精确和不稳定性，尤其在受到外界干扰上浮或者下潜，其姿态通过尾部的螺旋桨产生的推力时，这种不稳定性会被放大，从而导致任务失败。针来实现。它以中等航程、

8、高稳定度姿态航行、定时间对水下滑翔机动力学的非线性、强耦合、模型参数复任务为目标。结构形式为，其装配小型化平衡用压水杂，因此设计了多桨驱动无舵水下滑翔机[1]。通过4个舱，其余空间大量列装高能电池，以自身携带的高能螺旋桨的互相协调配合，直接改变转速来改变运动姿电池为动力，依托压水舱的作用，完成浮力变化，当收稿日期:2017-09-07；修回日期:2017-09-18作者简介:王旭超(1993-)，男，硕士研究生，研究方向为水下滑翔机姿态调节。第39卷王旭超，等：水下滑翔机动力学建模