帶纜水下潛器運動仿真與控制研究.pdf

1、帶纜水下潛器作為海洋工程裝備中的重要組成部分，其操縱運動性能和航跡跟蹤控制一直是水下工程技術研究中的熱點。本文在不同均勻定常流速下，對臍帶纜運動、帶纜水下潛器的操縱運動和航跡跟蹤控制進行了數值仿真，同時將仿真結果進行了比較分析。
　　在臍帶纜運動仿真研究中，為了考慮均勻定常流的影響，對臍帶纜運動的有限差分法模型進行改進，并采用最小二乘方法求解離散后的非線性方程組。為驗證模型改進的正確性和可靠性，將潛器水平勻速直航且流向與運動方向一

2、致時的數值解與該特殊情況下的解析解進行比較，兩組解的吻合既證實了改進模型的正確可靠，又表明了數值求解方案的有效性。通過比較分析不同流速下，臍帶纜運動仿真結果，表明流向和流速大小對臍帶纜運動影響顯著，正向流時，纜形有正向偏移，負向流時，有負向的偏移，且流速值越大，纜形偏移量越大；臍帶纜逆流運動時，流速越大，張力越大，浸沒于水中的纜繩長度越長，順流運動時流速越大，張力越小，浸沒于水中的纜繩長度越短；臍帶纜會產生阻止?jié)撈鬟\動狀態(tài)改變的作用力和

3、作用力矩。
　　在帶纜水下潛器操縱運動研究中，以六自由度運動模型為基礎，水動力系數由 PMM試驗獲得，臍帶纜作用力由有限差分法改進模型數值計算，在給定推進器轉速的情況下，對帶纜水下潛器的操縱運動進行了數值仿真，分析了不同均勻定常流流速和臍帶纜的影響。結果表明流速會顯著改變潛器的運動速度、運動姿態(tài)角和臍帶纜作用力大小和方向。雖然臍帶纜連接于潛器重心，僅會產生阻礙潛器運動狀態(tài)改變的作用力，不會產生作用力矩，但臍帶纜作用力會改變潛器線運

4、動速度從而改變潛器自身所受水動力載荷，使帶纜水下潛器產生幅值隨時間變化的搖蕩擾動運動。
　　在帶纜水下潛器航跡跟蹤控制研究中，設計了運動學反步控制器和動力學滑?？刂破鳌Ｒ肷飭l(fā)神經動力學模型來平滑反步控制器中因跟蹤誤差較大，引起的輸出速度跳變；并驗證了控制器的Lyapunov穩(wěn)定性。根據試算結果，確定控制器參數，對折線路徑跟蹤和螺旋路徑跟蹤進行仿真，并分析流和臍帶纜對跟蹤效果的影響。結果顯示，生物啟發(fā)神經動力學反步滑?？刂破髂?/p>