水下直升機的水動力建模及控制算法設計.pdf

1、隨著我國“十三五”規(guī)劃的提出，海洋強國戰(zhàn)略的重要性被進一步強調，國家對于發(fā)展海洋科技、開發(fā)和利用海洋資源、保護海洋環(huán)境和海洋國土的要求越來越迫切。然而水下環(huán)境十分惡劣，除了無氧、腐蝕性、壓強的因素，不確定的海流亦對人類進行水下環(huán)境直接探測造成了極大的阻礙。水下直升機作為一種自主無人水下航行器，其主要特點是直升直降、懸停定深，在一定程度上能夠替代人類從事較為復雜的水下作業(yè)。為了實現(xiàn)水下直升機自主性航行的目標，其控制器的設計是系統(tǒng)設計中非常

2、重要的一環(huán)。
　　本論文從理論上分析了水下直升機的控制器設計問題，并進行了一定的仿真驗證。
　　在水動力建模方面，本文應用牛頓力學定律、流體力學相關理論建立了水下直升機的平衡方程。主要思路為:首先從水下直升機的機械結構數(shù)據(jù)出發(fā)，將水下直升機的主體分為一個主件及若干附件，計算了水下直升機的浮心和重心的位置、浮力與重力數(shù)值、質量矩陣、附加質量矩陣、科氏力矩陣、附加科氏力矩陣等，然后建立了水下直升機的螺旋槳的輸入輸出模型，進而推導

3、了螺旋槳輸出矩陣，最后對水下直升機的水動力系數(shù)進行了整合，給出水下直升機的參數(shù)時變的狀態(tài)空間模型，并根據(jù)相關條件對該模型進行了簡化。
　　在控制器設計方面，本文首先對水下直升機的模型進行了簡化，分析了經(jīng)簡化后的水下直升機狀態(tài)空間模型的開環(huán)傳遞函數(shù)，確定了隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)則庫、反模糊化方法、改進偏差PID控制算法，進而確定相應的模糊PID控制器框架;接著探究了輸入誤差系數(shù)放大倍數(shù)、輸入誤差系數(shù)變化率放大倍數(shù)、輸出比例環(huán)節(jié)放大系數(shù)、