潛器懸浮運動模型及控制方法研究.pdf

1、近年來，隨著深潛技術(shù)的發(fā)展，潛器在海洋綜合調(diào)查、海底資源探測等方面得到廣泛應用，受到了越來越多的關(guān)注。由于潛器運動具有很強的非線性和耦合性，采用常規(guī)的控制方法很難獲得令人滿意的控制效果，因此對潛器的操縱控制提出了更高的要求。在深海救生、海底地形測繪等一些特殊應用中，需要潛器在無航速的工作狀態(tài)下保持其懸浮深度和姿態(tài)，這時傳統(tǒng)的操舵控制就不起作用了。 針對懸浮運動的特點，本文在潛器垂直面四自由度運動數(shù)學模型的基礎(chǔ)上得到潛器懸浮運動數(shù)

2、學模型。分析了懸浮運動時潛器所受到的各種干擾力模型，根據(jù)艇體形狀特點對近水面懸浮時所受波浪力干擾進行了仿真。針對潛器懸浮運動高階、非線性的特點，對系統(tǒng)模型作出了合理簡化，將其轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程形式表示的仿射非線性系統(tǒng)。利用微分幾何控制理論中的輸入狀態(tài)線性化方法，得到系統(tǒng)的非線性狀態(tài)反饋解耦控制律，將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為深度控制系統(tǒng)和縱傾姿態(tài)控制系統(tǒng)兩個相對獨立的偽線性系統(tǒng)。對解耦線性化后的系統(tǒng)采用極點配置法分別設(shè)計控制器，并對近水面海浪干擾作用下潛

3、器深度和縱傾角度進行仿真實驗，仿真結(jié)果表明該非線性解耦控制律能夠?qū)崿F(xiàn)潛器懸浮姿態(tài)控制。 在近水面海浪干擾的情況下，潛器懸浮深度和縱傾角度有一定的波動。為了有效抑制海浪干擾對潛器近水面懸浮運動的影響，本文利用逆系統(tǒng)理論，針對上述解耦線性化后的等效復合系統(tǒng)，得到其逆系統(tǒng)模型。然后利用所得的逆系統(tǒng)模型，構(gòu)造模型參考逆控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)波浪干擾消除。仿真結(jié)果表明，該方法在不影響原系統(tǒng)動態(tài)性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了潛器懸浮深度和縱傾姿態(tài)的精確控制