形狀記憶合金驅(qū)動的水下滑翔機(jī)運動控制研究.pdf

1、水下滑翔機(jī)是為了滿足當(dāng)前海洋環(huán)境監(jiān)測與測量的需要，將浮標(biāo)技術(shù)與水下機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合而研制的一種新型水下航行器。作為大深度、大范圍內(nèi)運動的水下觀測平臺，它具有極高的科技附加值。它主要由浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)配合側(cè)翼來實現(xiàn)完整的運動姿態(tài)調(diào)整。以自身浮力作為航行動力，沒有外掛螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，它通過浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)地調(diào)節(jié)載體自身浮力，實現(xiàn)載體正浮力與負(fù)浮力之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為載體提供上浮和下潛動力。通過調(diào)整載體內(nèi)部的質(zhì)量分布，從而改變載體重心

2、與浮心的相對位置，以產(chǎn)生橫滾力矩和俯仰力矩，實現(xiàn)載體回轉(zhuǎn)和俯仰運動。因此，設(shè)計出高性能的浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是水下滑翔機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵。形狀記憶合金（SMA）作為一種新型的智能材料具有結(jié)構(gòu)簡單，易控制，無噪聲等優(yōu)點。本研究擬采用SMA作為驅(qū)動材料，設(shè)計制造新型的浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并對水下滑翔機(jī)的控制方法進(jìn)行研究。本文共分為六章，各章的主要內(nèi)容如下：
　　第一章，闡述了本文所研究的背景和意義，綜述水下滑翔機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)

3、狀，并介紹了形狀記憶合金的材料特性以及本課題所要重點解決的研究難點，引出本文的研究內(nèi)容。
　　第二章，水下滑翔機(jī)的整體構(gòu)架研究，闡述了水下滑翔機(jī)的運動機(jī)理，對滑翔機(jī)的低阻力外殼進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。然后討論滑翔機(jī)在水中運行時的能量變化以及受力情況，建立數(shù)學(xué)模型討論滑翔機(jī)各參數(shù)之間的聯(lián)系，最后針對所設(shè)計的滑翔機(jī)進(jìn)行matlab仿真，得出滑翔機(jī)運動時的航行角盡量小于65度，絕對不能讓重心位移達(dá)到臨界位置。
　　第三章，對水下滑翔機(jī)姿態(tài)調(diào)

4、節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行研究，首先介紹了傳統(tǒng)的姿態(tài)調(diào)節(jié)方式所存在的缺陷和使用局限性，從而提出本文所要設(shè)計的形狀記憶合金驅(qū)動的姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖闡述其工作原理，并對其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，用matlab編程得到仿真圖。最后通過實驗證明合金絲是驅(qū)動姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最佳材料，并且能實現(xiàn)預(yù)期的姿態(tài)調(diào)節(jié)效果。
　　第四章，對水下滑翔機(jī)浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，首先對傳統(tǒng)的浮力調(diào)節(jié)方式進(jìn)行闡述，分析其優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上提出自己設(shè)計的水下滑翔機(jī)浮力調(diào)