水下熱滑翔機(jī)的溫差能熱機(jī)性能與運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文水下熱滑翔機(jī)的溫差能熱機(jī)能與運(yùn)動(dòng)控制研究姓名：楊海申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：@指導(dǎo)教師：馬捷201009滑翔機(jī)排水量和滑翔角對(duì)溫差能熱機(jī)性能的影響研究表明，對(duì)于溫差能熱機(jī)的正常循環(huán)工作，滑翔機(jī)的排水量和滑翔角絕對(duì)值存在臨界值。當(dāng)滑翔機(jī)排水量小于滑翔機(jī)臨界排水量或滑翔角絕對(duì)值大于臨界滑翔角絕對(duì)值時(shí)，溫差能熱機(jī)將無法正常循環(huán)工作。為了保證溫差能熱機(jī)有效工作，熱滑翔機(jī)從暖水層進(jìn)入冷水層之前，必須在海洋表層暖水區(qū)停留一段時(shí)

2、間。這樣，又會(huì)遭遇海洋表層強(qiáng)海流的沖擊，這是滑翔機(jī)運(yùn)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(guān)系：減小滑翔機(jī)的排水量或增大滑翔角的幅值，都會(huì)增加滑翔機(jī)的垂直速度，其對(duì)溫差能熱機(jī)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(jī)的排水量或減小滑翔角的幅值，都會(huì)減小滑翔機(jī)的垂直速度，其對(duì)溫差能熱機(jī)性能的影響等效于增加海洋溫躍層的深度或厚度?；谶@種關(guān)系，可得出改進(jìn)溫差能熱機(jī)性能的方法：當(dāng)海洋溫躍層深度或厚度較小時(shí)，

3、可以在熱滑翔機(jī)的設(shè)計(jì)中增加其排水量或在運(yùn)行過程中減小其滑翔角幅值，以消除海洋溫躍層對(duì)溫差能熱機(jī)性能的不利影響，從而達(dá)到改進(jìn)溫差能熱機(jī)性能和熱滑翔機(jī)性能的目的。進(jìn)一步分析，提出了改進(jìn)熱滑翔機(jī)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(jī)應(yīng)該以較小的滑翔角度運(yùn)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(jī)應(yīng)該以較大的滑翔角度運(yùn)行。結(jié)合逆系統(tǒng)方法和滑模變結(jié)構(gòu)控制理論，設(shè)計(jì)了水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。分析結(jié)果表明，選擇合適的

4、控制輸出變量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和逆系統(tǒng)方法的成功應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的復(fù)合控制器具有如下特點(diǎn)：能有效處理欠驅(qū)動(dòng)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(nèi)部動(dòng)態(tài)的水下滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)為對(duì)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(shù)拓展，并應(yīng)用于多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的前饋控制設(shè)計(jì)。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