形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的水下滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、水下滑翔機(jī)是為了滿足當(dāng)前海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與測(cè)量的需要，將浮標(biāo)技術(shù)與水下機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合而研制的一種新型水下航行器。作為大深度、大范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的水下觀測(cè)平臺(tái)，它具有極高的科技附加值。它主要由浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)配合側(cè)翼來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)調(diào)整。以自身浮力作為航行動(dòng)力，沒(méi)有外掛螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，它通過(guò)浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)載體自身浮力，實(shí)現(xiàn)載體正浮力與負(fù)浮力之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為載體提供上浮和下潛動(dòng)力。通過(guò)調(diào)整載體內(nèi)部的質(zhì)量分布，從而改變載體重心

2、與浮心的相對(duì)位置，以產(chǎn)生橫滾力矩和俯仰力矩，實(shí)現(xiàn)載體回轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)出高性能的浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是水下滑翔機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。形狀記憶合金（SMA）作為一種新型的智能材料具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易控制，無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。本研究擬采用SMA作為驅(qū)動(dòng)材料，設(shè)計(jì)制造新型的浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并對(duì)水下滑翔機(jī)的控制方法進(jìn)行研究。本文共分為六章，各章的主要內(nèi)容如下：
　　第一章，闡述了本文所研究的背景和意義，綜述水下滑翔機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)

3、狀，并介紹了形狀記憶合金的材料特性以及本課題所要重點(diǎn)解決的研究難點(diǎn)，引出本文的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章，水下滑翔機(jī)的整體構(gòu)架研究，闡述了水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，對(duì)滑翔機(jī)的低阻力外殼進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然后討論滑翔機(jī)在水中運(yùn)行時(shí)的能量變化以及受力情況，建立數(shù)學(xué)模型討論滑翔機(jī)各參數(shù)之間的聯(lián)系，最后針對(duì)所設(shè)計(jì)的滑翔機(jī)進(jìn)行matlab仿真，得出滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的航行角盡量小于65度，絕對(duì)不能讓重心位移達(dá)到臨界位置。
　　第三章，對(duì)水下滑翔機(jī)姿態(tài)調(diào)

4、節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行研究，首先介紹了傳統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)節(jié)方式所存在的缺陷和使用局限性，從而提出本文所要設(shè)計(jì)的形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖闡述其工作原理，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，用matlab編程得到仿真圖。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明合金絲是驅(qū)動(dòng)姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最佳材料，并且能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的姿態(tài)調(diào)節(jié)效果。
　　第四章，對(duì)水下滑翔機(jī)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，首先對(duì)傳統(tǒng)的浮力調(diào)節(jié)方式進(jìn)行闡述，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出自己設(shè)計(jì)的水下滑翔機(jī)浮力調(diào)