小型UUV系統(tǒng)集成設(shè)計與導(dǎo)航控制技術(shù)研究.pdf

1、小型無人水下航行器(UUV)尺寸小、重量輕、便于存儲、布放和回收，具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、活動范圍大、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等諸多優(yōu)勢，已經(jīng)成為全世界研究的熱點，目前一些小型UUV已經(jīng)成功應(yīng)于科學(xué)探索、商業(yè)運(yùn)作和軍事領(lǐng)域。導(dǎo)航控制系統(tǒng)是UUV技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，當(dāng)UUV執(zhí)行海底勘測、海洋環(huán)境檢測等使命任務(wù)時，如果不能獲得高精度的導(dǎo)航定位信息和較好的控制效果，那么UUV的作業(yè)安全得不到保證，大大降低了UUV的可靠性。
　　本文根據(jù)學(xué)科建設(shè)需要

2、，設(shè)計一款尺寸小、重量輕、帶輔助推進(jìn)器的小型UUV，通過搭載側(cè)掃聲納、CT、DVL、MTI、通信與測距聲納等傳感器，實現(xiàn)水下目標(biāo)跟蹤、地形勘察、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用；基于UUV數(shù)學(xué)建模與運(yùn)動特性分析，研究UUV導(dǎo)航控制方法，通過構(gòu)建 UUV導(dǎo)航控制與運(yùn)動仿真平臺，完成對研究方法的實驗驗證。具體內(nèi)容如下：
　　首先，基于ProE平臺建立小型UUV傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、平臺等實體建模，設(shè)計了三種不同構(gòu)形的UUV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)小型UUV的使命

3、和功能定位，確定了帶輔推的魚雷型UUV結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；根據(jù)設(shè)備選型與總體布置方案，完成UUV重量、重心、固定浮容積、浮心的計算，驗證了設(shè)計方案的可行性。
　　其次，完成小型 UUV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要分為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計，前者包括殼體、密封艙、推進(jìn)與操縱系統(tǒng)等設(shè)計，后者包括內(nèi)部電子設(shè)備布置、電氣接線與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計等；采用有限元分析方法驗證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性；基于ProE完成系統(tǒng)三維集成裝配，形成了小型UUV總裝設(shè)計圖。

4、
　　再次，小型UUV導(dǎo)航控制方法研究，針對小型UUV的特性以及自身搭載的傳感器，設(shè)計了導(dǎo)航控制算法，包括導(dǎo)航控制策略設(shè)計、基于自適應(yīng)模糊PID的小型UUV艏向和速度控制器設(shè)計與驗證、以及基于容積卡爾曼(CKF)的小型UUV導(dǎo)航定位方法設(shè)計與實驗驗證。
　　最后，設(shè)計并構(gòu)建了小型 UUV導(dǎo)航控制與運(yùn)動仿真平臺，開發(fā)了控制指令、路徑設(shè)置、模型解算、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)和軌跡顯示、實驗數(shù)據(jù)存儲等功能模塊；通過對UUV正六邊形方案和割草