变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真.pdf

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1、第22卷第1期鱼雷技术Vb1．22N0．12014年2月T0RPED0TECHNOL0GYFeb．20l4变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真杨智栋，潘光，杜晓旭(西北工业大学航海学院，陕西西安，710072)摘要：针对拖缆自主水下航行器(AUV)运动过程中引起的拖缆长度变化问题，采用集中质量法建了拖缆的运动方程，根据刚体动量定理及动量矩定理建了拖缆AUV的纵向运动方程，在此基础上补充推导了AUV拖缆运动过程的变缆长边界方程。联市拖缆运动方程、AUV纵向运动方程及边界方程得到变缆长拖缆AUV纵向运动方程。基于

2、此方程，应用4阶Runge—Kutta法对采用相同控制律方程的兀缆及有缆AUV进行了对比运动仿真。仿真结果表明，随着运动过程中拖缆长度的不断增长，拖缆对AUV的作用力不断增大，对AUV各运动参数的影响也不断增大，且对AUV轴向运动速度的影响最为明显。关键词：自主水下航行器；拖缆；集中质量法中图分类号：TJ630文献标识码：A文章编号：1673．1948(2014)01—0014．06LongitudinalMotionModelingandSimulationofTetheredAUVwithLength—

3、VariableTowingCableYANGZhi—dong，PANGuang，DUXiao—XU(CollegeofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xian710072，China)Abstract：Anumericalmode1oftowingcableiSestablishedbasedonthelumpedmassmethodtosimulatethevariationofcablelengthfortetheredaut

4、onomousunderwatervehicle(AUV)．AndalongitudinalmotionmodeloftheAUVises-tablishedaccordingtotherigidbodymomentumtheoremandthemomentofmomentumtheorem．Inaddition，theboundaryequationofthetowingcablefortheAUVisdeducedbasedonthetwomodels．Thelongitudinalmotionequa

5、—tionsareobtainedbyjointingthetowedmotionequation，thelongitudinalmotionmodelandtheboundaryequationofthetowingcable．Themotions、ofatetheredAUVandanuntetheredAUVaresimulatedandcomparedbyusingsamecontrollawequationandthefourthorderRunge—Kuttamethod．Theresultss

6、howthattheeffectsoftowingcableonthemotionparametersofthetetheredAUVbecomegreaterasthelengthoftowingcableincreases，especiallyfortheaxialvelocityofthetetheredAUV’andtheactingforceonthetetheredAUVgetsgreater．．Keywords：autonomousunderwatervehicle；towingcable；l

7、umpedmassmethodAUV在海水中的运行状态，与AUV实时传输数0引言据：另一方面可用于AUV的回收牵引等。研究拖随着海洋工程领域的不断发展，自主水下航缆对AUV运动过程的影响对带缆AUV的设计和行器(autonomousunderwatervehicle，AUV)所起发展有一定工程实用性。到的作用越来越被各国重视。携带通信拖缆与母目前国内外针对拖缆的集中质量模型[1-2]和船保持通信连接的AUV,一方面可方便母船监控有限差分模型口4】对拖缆长度保持不变时的拖缆收稿日期：2013—01—14；修回

8、日期：2013．03—16．基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(2Ol26lO212O021)．作者简介：杨智栋(1987一)，男，在读博士，主要从事水下航行器发射回收技术研究工作TorpedoTechnologyWWW．yljszz．ca2014年2月杨智栋，等：变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真第1期系统研究已取得了不同程度的进展。关于收放拖力；M为质量矩阵；：lX．．ol为加速度。缆系统的研究，国内王