一种水空两栖无人艇的概念设计及其航行稳定性分析

发布时间：2017-04-15 01:07

  本文关键词：一种水空两栖无人艇的概念设计及其航行稳定性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来海洋权益越来越受到各国家的重视，用于海洋资源开发以及海上巡航和监测等用途的船只和海洋结构物成为相关领域的专家学者研究的重点，其中用于海上巡航监测的无人艇备受青睐。然而目前的水面无人艇有一个很大的缺陷是在高海况下无法正常作业。本文针对这一情况提出一种水空两栖无人艇的概念艇型，设计并制作了一艘无人艇模型，并通过试验和仿真研究其航行稳定性。本文所进行的设计工作包括概念艇型的论证、主侧体选型、飞行系统的设计、水面推进系统的选配以及智能控制系统和各系统间的连接装配的设计；航行稳定性研究主要包括两个方面：一是水面航行的耐波性，二是飞行过程中的姿态稳定性。 耐波性研究主要进行横摇自由衰减试验、纵摇自由衰减试验和自航回转过程中的横摇试验，建立了包含待定系数的非线性横摇运动数学模型和考虑垂荡加速度影响的纵摇运动数学模型，对比通过基于遗传算法的系统辨识软件对数学模型中的待定系数进行辨识结果和通过二阶系统的振动方程推导出的基于采样试验数据计算所得摇荡运动的阻尼项和恢复力矩项的结果，分析出横摇运动的非线性阻尼项和非线性恢复力矩项随主侧体间距的变化规律以及纵摇运动中垂荡加速度对于纵摇阻尼项和纵摇恢复力矩项的影响随吃水的变化规律，并得出了回转过程中横摇随不同回转角速度以及不同回转半径的变化规律。 姿态稳定性研究是通过matlab软件的simulink模块的仿真实现的，，本文设计了用于两栖无人艇飞行姿态控制的自抗扰控制的程序，并通过算例验证了该控制程序的有效性和鲁棒性。 通过以上研究为今后在高海况下作业的无人艇设计提供了参考和借鉴。
【关键词】：水空两栖 无人艇 系统辨识 耐波性 自抗扰控制
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.70
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• Table of Contents10-13
• 插图清单13-15
• List of figures15-17
• 附表清单17-18
• List of Tables18-19
• 第1章. 绪论19-28
• 1.1. 课题的目的和意义19-20
• 1.2. 国内外研究现状及发展趋势20-27
• 1.2.1. 垂直起降无人机的发展现状及趋势20-23
• 1.2.2. 五体船国内外研究现状及发展趋势23-27
• 1.3. 论文主要研究内容27
• 1.4. 本章小结27-28
• 第2章. 两栖无人艇的概念设计与模型制作28-45
• 2.1. 两栖无人艇的艇型优劣性论证28-30
• 2.1.1. 艇型特点28-29
• 2.1.2. 多用途性29-30
• 2.1.3. 经济性30
• 2.2. 主船体与侧体选型30-33
• 2.2.1. 主船体选型30
• 2.2.2. 侧体选型30-31
• 2.2.3. 两栖无人艇模型的艇型参数31-33
• 2.3. 水上推进系统选配33-37
• 2.3.1. 主机33
• 2.3.2. 螺旋桨推进器33-34
• 2.3.3. 舵系统34-36
• 2.3.4. 连接轴系36-37
• 2.4. 空气螺旋桨的设计37-41
• 2.4.1. 升力理论37-38
• 2.4.2. 桨叶设计38-40
• 2.4.3. 桨叶加工40
• 2.4.4. 桨毂40-41
• 2.5. 智能控制系统41-44
• 2.5.1. Wincon-8741 简介41-43
• 2.5.2. 系统应用的扩展模块43-44
• 2.6. 本章小结44-45
• 第3章. 两栖无人艇的静水摇荡运动研究45-55
• 3.1. 摇荡运动研究方法45
• 3.2. 基于遗传算法的系统辨识45-51
• 3.2.1. 系统辨识思想46-48
• 3.2.2. 遗传算法48-50
• 3.2.3. 基于遗传算法的系统辨识软件50-51
• 3.3. 两栖无人艇的静水摇荡试验51-54
• 3.3.1. 试验目的51
• 3.3.2. 试验设备51-52
• 3.3.3. 试验场地52-53
• 3.3.4. 试验方案53-54
• 3.4. 本章小结54-55
• 第4章. 两栖无人艇摇荡运动结果分析55-65
• 4.1. 静水横摇运动结果分析55-61
• 4.1.1. 横摇运动的数学模型55
• 4.1.2. 辨识方法55-56
• 4.1.3. 辨识方法可靠性验证56-58
• 4.1.4. 横摇试验的结果分析58-61
• 4.2. 纵摇、垂荡试验的结果分析61-63
• 4.2.1. 纵摇、垂荡运动的数学模型61
• 4.2.2. 辨识方法61-62
• 4.2.3. 纵摇－振荡试验的结果分析62-63
• 4.3. 本章小结63-65
• 第5章. 两栖无人艇的飞行姿态稳定性研究65-82
• 5.1. 两栖无人艇的悬停姿态控制模型65-70
• 5.1.1. 两栖无人艇的姿态控制原理65-67
• 5.1.2. 两栖无人艇的姿态控制系统建模67-70
• 5.2. 两栖无人艇的运动姿态控制方法70-73
• 5.2.1. PID 控制简述70-71
• 5.2.2. 自抗扰控制技术简述71-73
• 5.3. 两栖无人艇的运动姿态控制 SIMULINK 实现73-81
• 5.3.1. Simulink 软件介绍73
• 5.3.2. 自抗扰控制中各个模块的 simulink 实现73-78
• 5.3.3. 两栖无人艇航行姿态控制的 simulink 仿真78-81
• 5.4. 本章小结81-82
• 第6章. 两栖无人艇在回转过程中的横摇研究82-87
• 6.1. 试验准备与方案82-83
• 6.1.1. 试验场地82
• 6.1.2. 试验目的82
• 6.1.3. 试验方案安排82-83
• 6.2. 试验结果分析83-86
• 6.3. 本章小结86-87
• 第7章. 总结与展望87-89
• 7.1. 论文工作总结87
• 7.2. 研究展望87-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文和取得的科研成果93-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 陆洋;赵灿峰;;单倾转旋翼飞行器概念及其潜在的应用价值[J];国际航空;2010年05期

2 朱敏;杨旭东;;一种涵道螺旋桨性能预测的CFD方法[J];航空工程进展;2011年04期

3 崔健;马天宇;杨松林;史文强;马连祥;;高速无人船推进系统控制参数组合优化分析[J];舰船科学技术;2009年09期

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本文编号：307243