水下熱滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和姿態(tài)調(diào)節(jié).pdf

1、水下滑翔機(jī)是一種新型的水下自主式運(yùn)載器,具有體積小、能耗低、噪聲小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),在海洋科學(xué)考查、資源探測(cè)、地形測(cè)量、環(huán)境監(jiān)控以及軍事經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文通過(guò)對(duì)水下滑翔機(jī)各個(gè)模塊質(zhì)量的定義,利用Kirchhoff方程、滑翔機(jī)機(jī)體運(yùn)動(dòng)方程、內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)方程、壓載水囊運(yùn)動(dòng)方程,基于Newton-Euler理論建立了包含壓載水囊質(zhì)量變化、內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)和水下熱滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)的六自由度模型。該模型中包含有獨(dú)立的表述

2、壓載水囊質(zhì)量變化和調(diào)節(jié)質(zhì)量運(yùn)動(dòng)的方程,有利于單獨(dú)研究壓載水囊和調(diào)節(jié)質(zhì)量與滑翔機(jī)機(jī)體間的相互作用。通過(guò)對(duì)以建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行非線(xiàn)性反饋?zhàn)儞Q,為內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量提供懸架系統(tǒng),使它的運(yùn)動(dòng)被限制在滑翔機(jī)機(jī)體的有限空間內(nèi)。通過(guò)水下滑翔機(jī)在縱向平面內(nèi)的動(dòng)力學(xué)分析,研究滑翔機(jī)內(nèi)部調(diào)節(jié)質(zhì)量、壓載水囊和滑翔機(jī)機(jī)體之間的力、速度和加速度的關(guān)系,揭示水下滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的內(nèi)在本質(zhì)。通過(guò)小擾動(dòng)線(xiàn)性化方法,分析了水下滑翔機(jī)縱向平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可控性,并設(shè)計(jì)了用于平

3、衡滑翔時(shí)的線(xiàn)性二次調(diào)節(jié)器;將水下滑翔機(jī)兩穩(wěn)態(tài)點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換視作兩點(diǎn)邊值問(wèn)題,基于新的非線(xiàn)性系統(tǒng)前饋控制設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)了用于浮潛(潛伏)切換控制的非線(xiàn)性前饋控制器。并通過(guò)縱向平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　本文在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了試驗(yàn)用的水下滑翔機(jī)樣機(jī),分別完成了水密耐壓殼體、姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、調(diào)試軟件的設(shè)計(jì)。為有效地利用了機(jī)身的裝載空間,對(duì)各個(gè)功能模塊的質(zhì)量分配和空間布置進(jìn)行合理的分配。基于薄壁