混合驅(qū)動水下自航行器動力學行為與控制策略研究.pdf

1、混合驅(qū)動水下自航行器(Hybrid Autonomous Underwater Vehicle，簡稱HAUV)是一種集成了水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle，簡稱AUV)和水下滑翔器(Autonomous Underwater Glider，簡稱AUG)工作方式的新型水下航行器，當需要長距離航行或有隱蔽性要求時，可采用滑翔器工作模式，具有航程大、能耗低、噪音小等優(yōu)點；當需要快速機動或有較高的定位和航

2、跡精度要求時，可采用自航行器模式航行，具有定位精度高、操縱性好等優(yōu)點。
　　 本文設(shè)計開發(fā)了混合驅(qū)動水下自航行器，并進行了水域試驗，驗證了混合驅(qū)動水下自航行器設(shè)計的正確性和功能實現(xiàn)的有效性。在混合驅(qū)動水下自航行器的設(shè)計過程中，論文建立了混合驅(qū)動水下自航行器的動力學模型，并進行了控制器設(shè)計，以確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)和分析系統(tǒng)的運動特性。本文的主要研究成果為：
　　 1.設(shè)計了我國首臺混合驅(qū)動水下自航行器樣機。該航行器既可通過艉部

3、的螺旋槳驅(qū)動航行，也可通過艏部的浮力調(diào)節(jié)裝置改變浮力實現(xiàn)沉浮。航行器的姿態(tài)調(diào)整則可通過尾舵、橫滾重物及平移重物的運動來實現(xiàn)。
　　 2.建立了混合驅(qū)動水下自航行器的空間六自由度非線性動力學模型。此模型考慮了橫滾重物、平移重物、浮力調(diào)節(jié)裝置及螺旋槳的共同作用，能夠較為準確地反映混合驅(qū)動水下自航行器的動力學特性，對同類混合驅(qū)動水下自航行器的動力學建模具有參考價值，并進行了動力學模型仿真，驗證了動力學模型的正確性。
　　 3.

4、分析了混合驅(qū)動水下自航行器的動力學行為。通過分析水平面運動與縱垂面運動的耦合關(guān)系，提出了相應(yīng)的解耦方法。在解耦的基礎(chǔ)上，將其動力學模型分別限制在水平面和縱垂面內(nèi)，得到各自的簡化模型。針對混合驅(qū)動水下自航行器的機動性和操縱性，以滑翔效率最高和水平滑翔速度最大為設(shè)計目標，優(yōu)化了混合驅(qū)動水下自航行器的控制參數(shù)，并確定了系統(tǒng)控制參數(shù)的取值。
　　 4.將模糊PID控制器應(yīng)用于混合驅(qū)動水下自航行器，重點研究了混合驅(qū)動水下自航行器的軌跡跟蹤