水下滑翔器動(dòng)力學(xué)行為與魯棒控制策略研究.pdf

1、水下滑翔器是一種新型的水下自航行器（AUV），由于其在位作業(yè)時(shí)間長、巡航范圍廣、能耗少等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用于海洋監(jiān)測和探測領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用，受到廣泛關(guān)注。根據(jù)所使用的驅(qū)動(dòng)能源，水下滑翔器可分為電能驅(qū)動(dòng)與溫差能驅(qū)動(dòng)水下滑翔器。溫差能驅(qū)動(dòng)水下滑翔器使用海洋溫差能作為驅(qū)動(dòng)能源，其能耗更小，在位工作時(shí)間更長，噪音更小。本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了溫差能驅(qū)動(dòng)水下滑翔器，并進(jìn)行了水域試驗(yàn)，驗(yàn)證了水下滑翔器設(shè)計(jì)的正確性和功能實(shí)現(xiàn)的有效性。主要研究內(nèi)容

2、包括： ⑴設(shè)計(jì)了我國首臺(tái)溫差能驅(qū)動(dòng)水下滑翔器試驗(yàn)樣機(jī)，此樣機(jī)可以利用工作水域表層與深水層約10攝氏度的溫度差實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，通過浮力的改變實(shí)現(xiàn)沉浮，通過耐壓艙內(nèi)部偏心旋轉(zhuǎn)重物和平移重物的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。 ⑵使用吉布斯--阿佩爾方程建立了水下滑翔器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。此模型同時(shí)考慮了偏心旋轉(zhuǎn)重物與平移重物的共同作用，能夠準(zhǔn)確反映水下滑翔器的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)同類水下自航行器的動(dòng)力學(xué)建模具有參考價(jià)值。本文分別對(duì)滑翔器在三維空間和垂直

3、剖面的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了分析，研究了水下滑翔器設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)系，獲得了水下滑翔器運(yùn)動(dòng)速度范圍和運(yùn)動(dòng)方向范圍，并確定了相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。 ⑶設(shè)計(jì)了水下滑翔器LQR調(diào)節(jié)器，對(duì)滑翔器閉環(huán)反饋系統(tǒng)在垂直剖面的運(yùn)動(dòng)作了仿真分析，研究了系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力和對(duì)參考輸入的跟蹤情況。 ⑷考慮到水下滑翔器的參數(shù)不確定性，設(shè)計(jì)了基于參數(shù)不確定性控制模型的H∞魯棒控制器。論文對(duì)閉環(huán)反饋系統(tǒng)的標(biāo)稱性能，魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能進(jìn)行了分析，得出了相