小型AUV動力學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,而且蘊藏著豐富的礦物資源。加強對海洋資源的開發(fā)利用,是實現(xiàn)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要物資保障。水下機器人技術作為21世紀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。小型自治式水下機器人是一種新型水下機器人,具有活動范圍廣、機動性好、安全性強、智能化等優(yōu)點,隨著開發(fā)的不斷加深,它逐漸成為完成水下任務的重要工具。
　　本文以魚雷式小型AUV作為研究對象,給出AUV運動的兩種坐標系及轉換

2、關系。其次分析小型AUV兩種運動,獲得AUV的平動方程和旋轉方程。再次,通過討論AUV的有關水動力系數(shù),建立了AUV空問六自由度運動方程,并結合小型AUV的自身特點確定出六自由度運動動力學方程。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的數(shù)學模型。
　　在建立的小型AUV動力學模型的基礎上,利用Matlab/Simulink中的S函數(shù)模塊建立AUV的數(shù)值仿真模型,并進行仿真運行,從理論力學角度,觀察推力和運動的關

3、系,分析推力變化對AUV運動效果的影響。建立AUV本體的CFX水動力模型,討論推進器對水動力性能的影響,通過與數(shù)值模型仿真進行對比,驗證動力學模型的正確性。另外,研究了目前直流無刷電機的速度控制方法,根據(jù)電機的控制原理以及推力器的數(shù)學模型,建立了無刷直流電機和推力器推力的仿真模型,仿真得到電機轉速力矩響應曲線。
　　水下機器人的推力器的推力控制性能的好壞將影響水下機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定的推

4、力系統(tǒng)模型,具有很大的局限性,對推力進行控制往往不能達到滿意的效果。而免疫反饋是一種模仿免疫系統(tǒng)排斥并消滅抗原機理而對對象進行控制的新型控制方法,它不受推力系統(tǒng)模型的準確性的影響,并且該方法還有很強的實時性和魯棒性能。在建立小型水下機器人物理模型及推進器系統(tǒng)模型的基礎上,分別設計建立兩種推進器控制系統(tǒng)對于推進器推力進行控制。
　　為研究免疫控制器對推力控制的有效性,使用Matlab/Simulink和LabVIEW建立推力實時調試