小型AUV動(dòng)力學(xué)建模及推力控制研究.pdf

1、海洋是生命的搖籃,海洋不僅有寶貴的水資源,而且蘊(yùn)藏著豐富的礦物資源。加強(qiáng)對(duì)海洋資源的開發(fā)利用,是實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要物資保障。水下機(jī)器人技術(shù)作為21世紀(jì)人類探索海洋的最主要手段已經(jīng)成為了各國研究的熱點(diǎn)。小型自治式水下機(jī)器人是一種新型水下機(jī)器人,具有活動(dòng)范圍廣、機(jī)動(dòng)性好、安全性強(qiáng)、智能化等優(yōu)點(diǎn),隨著開發(fā)的不斷加深,它逐漸成為完成水下任務(wù)的重要工具。
　　本文以魚雷式小型AUV作為研究對(duì)象,給出AUV運(yùn)動(dòng)的兩種坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換

2、關(guān)系。其次分析小型AUV兩種運(yùn)動(dòng),獲得AUV的平動(dòng)方程和旋轉(zhuǎn)方程。再次,通過討論AUV的有關(guān)水動(dòng)力系數(shù),建立了AUV空問六自由度運(yùn)動(dòng)方程,并結(jié)合小型AUV的自身特點(diǎn)確定出六自由度運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程。最后在選定推力器的前提下,確定推力器的系統(tǒng)模型及無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
　　在建立的小型AUV動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,利用Matlab/Simulink中的S函數(shù)模塊建立AUV的數(shù)值仿真模型,并進(jìn)行仿真運(yùn)行,從理論力學(xué)角度,觀察推力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)

3、系,分析推力變化對(duì)AUV運(yùn)動(dòng)效果的影響。建立AUV本體的CFX水動(dòng)力模型,討論推進(jìn)器對(duì)水動(dòng)力性能的影響,通過與數(shù)值模型仿真進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的正確性。另外,研究了目前直流無刷電機(jī)的速度控制方法,根據(jù)電機(jī)的控制原理以及推力器的數(shù)學(xué)模型,建立了無刷直流電機(jī)和推力器推力的仿真模型,仿真得到電機(jī)轉(zhuǎn)速力矩響應(yīng)曲線。
　　水下機(jī)器人的推力器的推力控制性能的好壞將影響水下機(jī)器人的航行和水下自航器的安全。傳統(tǒng)的推力控制方法多是依賴于測(cè)定的推

4、力系統(tǒng)模型,具有很大的局限性,對(duì)推力進(jìn)行控制往往不能達(dá)到滿意的效果。而免疫反饋是一種模仿免疫系統(tǒng)排斥并消滅抗原機(jī)理而對(duì)對(duì)象進(jìn)行控制的新型控制方法,它不受推力系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性的影響,并且該方法還有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和魯棒性能。在建立小型水下機(jī)器人物理模型及推進(jìn)器系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計(jì)建立兩種推進(jìn)器控制系統(tǒng)對(duì)于推進(jìn)器推力進(jìn)行控制。
　　為研究免疫控制器對(duì)推力控制的有效性,使用Matlab/Simulink和LabVIEW建立推力實(shí)時(shí)調(diào)試