四旋翼水下航行器的运动建模及可视化仿真

发布时间：2019-09-06 17:07

【摘要】：人口总数的急剧增长导致资源短缺问题的凸显,军事对弈从陆、空延伸至海洋,人类对于海洋的兴趣愈来愈浓冽,各国海洋相关技术的竞争也在白热化。水下航行器作为探索海洋的主要工具,与其相关的技术研究都在快速发展,特别是自主水下航行器AUV,相较于其他类型航行器具有灵活运动、可下潜深度大、智能控制和成本低等优点,已经成为水下航行器的主角。课题组以搜索水雷、监测海底电缆为目标,期望自主研发一种四旋翼无人水下航行器。通过阅读相关文献,了解水下航行器的发展、现状和趋势,参考现有积累,本文完成了四旋翼无人水下航行器的空间运动模型、运动控制、可视化仿真的研究。首先,本文说明了四旋翼驱动系统的运行方法和优点,提出设计初衷,并对其进行受力分析,计算了四个驱动的推力分布公式,再加上位姿变化规律,构建完整的空间运动方程。并且在Matlab的Simulink环境中搭建运动仿真模型,计算潜水器的位移、速度等运动参数。紧接着在数学模型的基础上,设计控制策略。总结目前适用于水下航行器的运动控制方法,针对四个驱动的对象,阐述了通过推力反解进行控制的思路。基于解耦和小扰动理论,先简化空间运动模型简化,然后采用PID控制器,通过Matlab仿真,观察控制器的效果,实现航行器的航速、航向和深度控制。最后搭建了一个可视化仿真平台。一开始,借助Matlab虚拟现实工具箱,直接实现可视化输出。为了实现更逼真的环境模拟,利用Unity3D开发工具,构造水下环境、渲染航行器模型、添加碰撞检测、进行视角设计,实现运动可视化仿真。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941

【引证文献】