水下滑翔機反步控制及其快速控制原型研究.pdf

1、水下滑翔機是浮力驅動的、固定機翼的自主式水下航行器。在水下以穩(wěn)態(tài)滑翔為主要方式運動，因此，控制器大多是線性的。為了增強控制能力，進一步提高導航精度，尚需研究滑翔機的非線性控制方法。由于尺度與運動方式的限制，滑翔機的控制算法驗證與系統(tǒng)辨識在常規(guī)水池中難于實現(xiàn)。為此，本文研究了反步非線性控制方法，設計了滑翔機的反步控制器，同時搭建了可靈活操縱的滑翔機實驗平臺。
　　本論文基于傳統(tǒng)滑翔機設計方案，結合實驗室尺度機體的特點，設計制作了高能

2、效、易操控的實驗室尺度滑翔機。為保證控制算法在樣機上運行的可靠性與準確性，著重考慮了俯仰姿態(tài)與浮力調節(jié)機構的運行精度，設計了高精度俯仰與浮力調節(jié)傳遞機構。同時，分別在電池搭載量與硬件低功耗兩方面進行優(yōu)化設計，保證了樣機的運行時間。通過分析實驗尺度滑翔機的特點，基于C FD軟件，對樣機的平板滑翔翼進行了優(yōu)化，確定了機翼的形狀及位置。
　　針對該樣機模型，考慮內部各移動部件與機體動力學的耦合關系，建立了縱平面內運動的三自由度動力學模型

3、。該模型中含有浮力系統(tǒng)和推動裝置的矢量位置等參數(shù)，有利于分析各機構對滑翔機動力學的影響。模型的建立為后續(xù)實驗及算法研究提供了基礎。
　　為解決滑翔機的非線性控制問題，基于以上建立的樣機數(shù)學模型，結合反步控制方法，分別推導了角度與浮力子系統(tǒng)的控制律。同時，利用輸入輸出反饋線性化與比例積分微分相結合的方法，設計了滑翔機縱傾運動控制器。完成了兩種控制器數(shù)值仿真實驗，并進行了對比分析。結果表明，二者均能較好的完成滑翔機縱傾運動控制，反步控