帶纜水下潛器運(yùn)動(dòng)仿真與控制研究.pdf

1、帶纜水下潛器作為海洋工程裝備中的重要組成部分，其操縱運(yùn)動(dòng)性能和航跡跟蹤控制一直是水下工程技術(shù)研究中的熱點(diǎn)。本文在不同均勻定常流速下，對(duì)臍帶纜運(yùn)動(dòng)、帶纜水下潛器的操縱運(yùn)動(dòng)和航跡跟蹤控制進(jìn)行了數(shù)值仿真，同時(shí)將仿真結(jié)果進(jìn)行了比較分析。
　　在臍帶纜運(yùn)動(dòng)仿真研究中，為了考慮均勻定常流的影響，對(duì)臍帶纜運(yùn)動(dòng)的有限差分法模型進(jìn)行改進(jìn)，并采用最小二乘方法求解離散后的非線(xiàn)性方程組。為驗(yàn)證模型改進(jìn)的正確性和可靠性，將潛器水平勻速直航且流向與運(yùn)動(dòng)方向一

2、致時(shí)的數(shù)值解與該特殊情況下的解析解進(jìn)行比較，兩組解的吻合既證實(shí)了改進(jìn)模型的正確可靠，又表明了數(shù)值求解方案的有效性。通過(guò)比較分析不同流速下，臍帶纜運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果，表明流向和流速大小對(duì)臍帶纜運(yùn)動(dòng)影響顯著，正向流時(shí)，纜形有正向偏移，負(fù)向流時(shí)，有負(fù)向的偏移，且流速值越大，纜形偏移量越大；臍帶纜逆流運(yùn)動(dòng)時(shí)，流速越大，張力越大，浸沒(méi)于水中的纜繩長(zhǎng)度越長(zhǎng)，順流運(yùn)動(dòng)時(shí)流速越大，張力越小，浸沒(méi)于水中的纜繩長(zhǎng)度越短；臍帶纜會(huì)產(chǎn)生阻止?jié)撈鬟\(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的作用力和

3、作用力矩。
　　在帶纜水下潛器操縱運(yùn)動(dòng)研究中，以六自由度運(yùn)動(dòng)模型為基礎(chǔ)，水動(dòng)力系數(shù)由 PMM試驗(yàn)獲得，臍帶纜作用力由有限差分法改進(jìn)模型數(shù)值計(jì)算，在給定推進(jìn)器轉(zhuǎn)速的情況下，對(duì)帶纜水下潛器的操縱運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值仿真，分析了不同均勻定常流流速和臍帶纜的影響。結(jié)果表明流速會(huì)顯著改變潛器的運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角和臍帶纜作用力大小和方向。雖然臍帶纜連接于潛器重心，僅會(huì)產(chǎn)生阻礙潛器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的作用力，不會(huì)產(chǎn)生作用力矩，但臍帶纜作用力會(huì)改變潛器線(xiàn)運(yùn)

4、動(dòng)速度從而改變潛器自身所受水動(dòng)力載荷，使帶纜水下潛器產(chǎn)生幅值隨時(shí)間變化的搖蕩擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
　　在帶纜水下潛器航跡跟蹤控制研究中，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)學(xué)反步控制器和動(dòng)力學(xué)滑?？刂破?。引入生物啟發(fā)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)平滑反步控制器中因跟蹤誤差較大，引起的輸出速度跳變；并驗(yàn)證了控制器的Lyapunov穩(wěn)定性。根據(jù)試算結(jié)果，確定控制器參數(shù)，對(duì)折線(xiàn)路徑跟蹤和螺旋路徑跟蹤進(jìn)行仿真，并分析流和臍帶纜對(duì)跟蹤效果的影響。結(jié)果顯示，生物啟發(fā)神經(jīng)動(dòng)力學(xué)反步滑?？刂破髂?/p>