水下外場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)的建模與控制研究.pdf

1、海洋占地球面積的三分之二，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的寶貴財(cái)富，隨著海洋資源日益成為當(dāng)今關(guān)注的焦點(diǎn)，自主水下航行器的開(kāi)發(fā)和利用日趨活躍，以適應(yīng)軍事現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)建設(shè)現(xiàn)代化的要求。本文針對(duì)具有多操縱面的新型自主式水下航行器——水下外場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)其的建模、巡航控制、低速懸?？刂萍皩?duì)固定位置點(diǎn)的制導(dǎo)與控制進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。論文取得的主要研究成果為： (1)根據(jù)水下外場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)的組成和特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，利用經(jīng)典的牛頓定理，

2、建立了其空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。該模型不僅可以用來(lái)模擬平臺(tái)的正常巡航狀態(tài)，而且可以用來(lái)模擬平臺(tái)的懸停狀態(tài)，可用于平臺(tái)的操縱性分析及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。 (2)針對(duì)模型具有很強(qiáng)的耦合性和非線性特征，為便于系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)分解和小擾動(dòng)原理，對(duì)模型進(jìn)行了分解和線性化。 (3)針對(duì)水下外場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)的巡航工作模式，利用舵為控制輸入，基于簡(jiǎn)化的模型，分別設(shè)計(jì)了由垂直舵、水平舵單獨(dú)控制的航向、深度的單輸入變結(jié)構(gòu)控制器。

3、(4)針對(duì)水下外場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)低速懸停工作模式，利用垂推、側(cè)推作為控制輸入，根據(jù)簡(jiǎn)化的線性化模型和多輸入多輸出變結(jié)構(gòu)理論，設(shè)計(jì)了由垂推、側(cè)推單獨(dú)控制的多輸入變結(jié)構(gòu)控制器。 (5)在仿真中提出了相應(yīng)的導(dǎo)引律，為空間固定點(diǎn)的跟蹤打下了基礎(chǔ)。 (6)討論了舵與推力進(jìn)行切換控制的邊界條件，將其共同作用于水下平臺(tái)控制系統(tǒng)，將切換條件和導(dǎo)引律加入控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水下平臺(tái)在低速時(shí)用推力矢量控制，高速巡航時(shí)用舵控制的對(duì)水下隨機(jī)目標(biāo)點(diǎn)的跟蹤。