水下熱滑翔機的溫差能熱機性能與運動控制研究.pdf

1、上海交通大學博士學位論文水下熱滑翔機的溫差能熱機能與運動控制研究姓名：楊海申請學位級別：博士專業(yè)：@指導教師：馬捷201009滑翔機排水量和滑翔角對溫差能熱機性能的影響研究表明，對于溫差能熱機的正常循環(huán)工作，滑翔機的排水量和滑翔角絕對值存在臨界值。當滑翔機排水量小于滑翔機臨界排水量或滑翔角絕對值大于臨界滑翔角絕對值時，溫差能熱機將無法正常循環(huán)工作。為了保證溫差能熱機有效工作，熱滑翔機從暖水層進入冷水層之前，必須在海洋表層暖水區(qū)停留一段時

2、間。這樣，又會遭遇海洋表層強海流的沖擊，這是滑翔機運行過程中主要的受限因素之一。綜合前面的分析可以得出如下關系：減小滑翔機的排水量或增大滑翔角的幅值，都會增加滑翔機的垂直速度，其對溫差能熱機性能的影響等效于減小海洋溫躍層的深度或厚度；反過來，增加滑翔機的排水量或減小滑翔角的幅值，都會減小滑翔機的垂直速度，其對溫差能熱機性能的影響等效于增加海洋溫躍層的深度或厚度?；谶@種關系，可得出改進溫差能熱機性能的方法：當海洋溫躍層深度或厚度較小時，

3、可以在熱滑翔機的設計中增加其排水量或在運行過程中減小其滑翔角幅值，以消除海洋溫躍層對溫差能熱機性能的不利影響，從而達到改進溫差能熱機性能和熱滑翔機性能的目的。進一步分析，提出了改進熱滑翔機性能的更好的方法：在海洋深層冷水區(qū)和表層暖水區(qū)，熱滑翔機應該以較小的滑翔角度運行；在海洋深層冷水區(qū)和表層暖水區(qū)之間的過渡區(qū)域，熱滑翔機應該以較大的滑翔角度運行。結合逆系統(tǒng)方法和滑模變結構控制理論，設計了水下滑翔機的運動控制系統(tǒng)。分析結果表明，選擇合適的

4、控制輸出變量對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和逆系統(tǒng)方法的成功應用起著至關重要的作用。仿真結果表明，所設計的復合控制器具有如下特點：能有效處理欠驅動的多變量非線性系統(tǒng)、一定的抗干擾能力和良好的魯棒性、較大的吸引區(qū)、良好的輸出跟蹤控制性能。以具有不穩(wěn)定內部動態(tài)的水下滑翔機動力學系統(tǒng)為對象，將適用于單輸入單輸出非線性系統(tǒng)的一種新的穩(wěn)定逆技術拓展，并應用于多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的前饋控制設計。利用此方法來求解系統(tǒng)逆問題，所得的解包括了前饋控制輸入和規(guī)劃好的