水下熱滑翔機的運動控制和姿態(tài)調(diào)節(jié).pdf

1、水下滑翔機是一種新型的水下自主式運載器,具有體積小、能耗低、噪聲小、無污染等優(yōu)點,在海洋科學(xué)考查、資源探測、地形測量、環(huán)境監(jiān)控以及軍事經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文通過對水下滑翔機各個模塊質(zhì)量的定義,利用Kirchhoff方程、滑翔機機體運動方程、內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量塊運動方程、壓載水囊運動方程,基于Newton-Euler理論建立了包含壓載水囊質(zhì)量變化、內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量塊運動和水下熱滑翔機運動的六自由度模型。該模型中包含有獨立的表述

2、壓載水囊質(zhì)量變化和調(diào)節(jié)質(zhì)量運動的方程,有利于單獨研究壓載水囊和調(diào)節(jié)質(zhì)量與滑翔機機體間的相互作用。通過對以建立的運動模型進(jìn)行非線性反饋變換,為內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量提供懸架系統(tǒng),使它的運動被限制在滑翔機機體的有限空間內(nèi)。通過水下滑翔機在縱向平面內(nèi)的動力學(xué)分析,研究滑翔機內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量、壓載水囊和滑翔機機體之間的力、速度和加速度的關(guān)系,揭示水下滑翔機運動系統(tǒng)的內(nèi)在本質(zhì)。通過小擾動線性化方法,分析了水下滑翔機縱向平面內(nèi)運動的穩(wěn)定性和可控性,并設(shè)計了用于平

3、衡滑翔時的線性二次調(diào)節(jié)器;將水下滑翔機兩穩(wěn)態(tài)點之間的轉(zhuǎn)換視作兩點邊值問題,基于新的非線性系統(tǒng)前饋控制設(shè)計方法,設(shè)計了用于浮潛(潛伏)切換控制的非線性前饋控制器。并通過縱向平面內(nèi)的運動仿真結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
　　本文在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計了試驗用的水下滑翔機樣機,分別完成了水密耐壓殼體、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)機械機構(gòu)、電控系統(tǒng)、調(diào)試軟件的設(shè)計。為有效地利用了機身的裝載空間,對各個功能模塊的質(zhì)量分配和空間布置進(jìn)行合理的分配。基于薄壁