UUV坐底策略与位姿控制技术研究
发布时间：2021-05-08 15:31
水下无人航行器（Unmannd Underwater Vehicle,UUV）在海洋科学调查、水下目标勘察、搜救打捞等方面已经成为了一种强有力的工具,并且随着人们对海洋开发力度的加大,而显现出了广阔的应用前景。然而受到能源的限制,目前的UUV都不能进行长时间的工作。针对海洋环境监测和水下潜伏等任务,为了在有限的能源下延长工作时间,本文对UUV的坐底策略和控制方法进行了研究。分析研究了UUV坐底所需要的功能和环境约束,结合在实际坐底过程会遇到的问题,设计了一种UUV坐底控制策略,并针对坐底过程中的几个关键问题进行了详细的研究。主要包括以下几个方面:首先,分析了UUV着陆坐底的约束条件,设计了UUV分阶段的坐底策略与控制流程。通过从能源、导航和环境扰动方面考虑得到了UUV坐底所需要具备的功能;从坐底的安全性和稳定性方面考虑,得出了坐底的约束条件。对应坐底式UUV的功能需求给出了系统的组成结构,结合坐底任务的特点设计了分阶段实现的坐底策略和坐底控制流程。其次,设计了基于海底地形高程平差模型的UUV坐底点选择方法。针对坐底位置的选取问题,设计了基于多波束声呐的海底地形构建方法。UUV通过按照梳...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 具备坐底值守功能的UUV研究现状
1.3 UUV坐底策略与位姿控制技术研究现状
1.3.1 水下潜器坐底技术研究现状
1.3.2 水下无人航行器位姿保持技术研究现状
1.4 主要研究内容
第2章 UUV坐底任务分析与策略设计
2.1 引言
2.2 着陆坐底式UUV功能需求分析
2.2.1 UUV坐底的节省能耗需求分析
2.2.2 UUV坐底的导航定位需求分析
2.2.3 UUV坐底过程变浮力需求分析
2.2.4 UUV坐底的位姿保持需求分析
2.3 UUV坐底任务的环境约束条件分析
2.3.1 UUV坐底的海底地形与底质约束
2.3.2 UUV坐底的海流约束
2.3.3 UUV坐底的海深约束
2.4 具有坐底功能UUV组成结构
2.5 UUV坐底的策略与流程设计
2.5.1 大深度海底着陆策略设计
2.5.2 大深度海底坐底控制流程设计
2.6 本章小结
第3章 海底局部地形构建与坐底位姿选取
3.1 引言
3.2 海底局部地形模型的构建
3.2.1 UUV多波束声呐的探测原理与系统组成
3.2.2 多波束探测数据处理
3.2.3 多波束声呐的选取与海底局部地形构建
3.3 非平整地形下坐底位置的选择
3.4 定向流下的坐底艏向选取
3.5 本章小结
第4章 UUV坐底过程建模与分析
4.1 引言
4.2 UUV运动建模
4.2.1 坐标系的建立及坐标转换
4.2.2 UUV水下着陆时的动力学模型
4.3 UUV坐底作业任务过程的干扰分析
4.3.1 浮力变化分析
4.3.2 海流干扰分析
4.4 浮力调节系统与推力分配
4.4.1 浮力调节系统
4.4.2 UUV的推力分配
4.5 UUV动力学模型的仿真验证
4.6 本章小结
第5章 海流干扰下UUV着陆坐底控制方法
5.1 引言
5.2 滑模变结构控制方法概述
5.2.1 滑模控制方法在UUV坐底过程中的适用性分析
5.2.2 滑模变结构控制的基本原理
5.2.3 UUV滑模动态控位控制结构
5.3 海流干扰下UUV艏向控制器设计
5.3.1 海流干扰下UUUV艏向控制结构
5.3.2 UUV艏向控制器的设计
5.3.3 UUV艏向控制器验证
5.4 UUV滑模动态位置保持控制器的设计
5.4.1 UUV动态位置保持控制结构
5.4.2 UUV滑模动态位置保持控制器设计
5.4.3 UUV滑模动态位置保持控制器验证
5.5 不平衡力作用下UUV纵倾控制器设计
5.5.1 不平衡力作用下UUV纵倾控制器结构
5.5.2 纵倾控制器与浮力调节控制单元的设计
5.5.3 纵倾控制器验证
5.6 本章小结
第6章 UUV坐底实验验证与分析
6.1 引言
6.2 UUV下潜阶段实验验证分析
6.3 UUV坐底位置搜索实验验证分析
6.4 UUV稳定着底实验验证分析
6.5 综合实验验证分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海油囊式浮力调节系统的研制[J]. 高世阳,崔汉国,张奇峰,张巍,杜林森,范云龙. 液压与气动. 2016(10)
[2]6000m AUV“潜龙一号”浮力调节系统开发及试验研究[J]. 武建国,石凯,刘健,徐会希,王雨,李阳,徐春辉. 海洋技术学报. 2014(05)
[3]深海AUV下潜过程浮力变化研究[J]. 武建国,徐会希,刘健,王晓飞. 机器人. 2014(04)
[4]水下驻留无人水下航行器驻留过程建模与仿真[J]. 张斌,宋保维,朱信尧,朱崎峰. 兵工学报. 2014(04)
[5]带有输入时滞的动力定位船鲁棒滑模控制[J]. 谢文博,付明玉,丁福光,张健. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[6]无人水下航行器海底停驻流体动力特性分析[J]. 朱信尧,宋保维,王鹏. 兵工学报. 2012(08)
[7]“深海挑战者”之潜水器族谱[J]. 胡昭阳. 世界科学. 2012(05)
[8]AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究[J]. 张勋,边信黔,唐照东,王宏健. 中国造船. 2012(01)
[9]蛟龙号载人潜水器无动力潜浮运动分析系统开发[J]. 潘彬彬,崔维成,叶聪,刘正元. 船舶力学. 2012(Z1)
[10]基于非线性迭代滑模的欠驱动UUV三维航迹跟踪控制[J]. 贾鹤鸣,张利军,程相勤,边信黔,严浙平,周佳加. 自动化学报. 2012(02)
博士论文
[1]着陆式AUV动力学行为与控制策略研究[D]. 杜兵.天津大学 2012
[2]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于扁平UUV动力学模型的导航定位与路径跟随控制方法研究[D]. 周佳加.哈尔滨工程大学 2012
[4]复杂环境下自主式水下航行器动力定位技术研究[D]. 曹永辉.西北工业大学 2006
[5]多波束测深系统地形跟踪与数据处理技术研究[D]. 吴英姿.哈尔滨工程大学 2001
硕士论文
[1]近岸浅海环境下UUV的动目标跟踪方法研究[D]. 陈烨.哈尔滨工程大学 2016
[2]多波束测深系统在水下地形测量中的应用研究[D]. 张伟.中国地质大学（北京） 2009
[3]多波束测量数据预处理研究[D]. 宋玲玲.南京航空航天大学 2007
本文编号：3175584
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 具备坐底值守功能的UUV研究现状
1.3 UUV坐底策略与位姿控制技术研究现状
1.3.1 水下潜器坐底技术研究现状
1.3.2 水下无人航行器位姿保持技术研究现状
1.4 主要研究内容
第2章 UUV坐底任务分析与策略设计
2.1 引言
2.2 着陆坐底式UUV功能需求分析
2.2.1 UUV坐底的节省能耗需求分析
2.2.2 UUV坐底的导航定位需求分析
2.2.3 UUV坐底过程变浮力需求分析
2.2.4 UUV坐底的位姿保持需求分析
2.3 UUV坐底任务的环境约束条件分析
2.3.1 UUV坐底的海底地形与底质约束
2.3.2 UUV坐底的海流约束
2.3.3 UUV坐底的海深约束
2.4 具有坐底功能UUV组成结构
2.5 UUV坐底的策略与流程设计
2.5.1 大深度海底着陆策略设计
2.5.2 大深度海底坐底控制流程设计
2.6 本章小结
第3章 海底局部地形构建与坐底位姿选取
3.1 引言
3.2 海底局部地形模型的构建
3.2.1 UUV多波束声呐的探测原理与系统组成
3.2.2 多波束探测数据处理
3.2.3 多波束声呐的选取与海底局部地形构建
3.3 非平整地形下坐底位置的选择
3.4 定向流下的坐底艏向选取
3.5 本章小结
第4章 UUV坐底过程建模与分析
4.1 引言
4.2 UUV运动建模
4.2.1 坐标系的建立及坐标转换
4.2.2 UUV水下着陆时的动力学模型
4.3 UUV坐底作业任务过程的干扰分析
4.3.1 浮力变化分析
4.3.2 海流干扰分析
4.4 浮力调节系统与推力分配
4.4.1 浮力调节系统
4.4.2 UUV的推力分配
4.5 UUV动力学模型的仿真验证
4.6 本章小结
第5章 海流干扰下UUV着陆坐底控制方法
5.1 引言
5.2 滑模变结构控制方法概述
5.2.1 滑模控制方法在UUV坐底过程中的适用性分析
5.2.2 滑模变结构控制的基本原理
5.2.3 UUV滑模动态控位控制结构
5.3 海流干扰下UUV艏向控制器设计
5.3.1 海流干扰下UUUV艏向控制结构
5.3.2 UUV艏向控制器的设计
5.3.3 UUV艏向控制器验证
5.4 UUV滑模动态位置保持控制器的设计
5.4.1 UUV动态位置保持控制结构
5.4.2 UUV滑模动态位置保持控制器设计
5.4.3 UUV滑模动态位置保持控制器验证
5.5 不平衡力作用下UUV纵倾控制器设计
5.5.1 不平衡力作用下UUV纵倾控制器结构
5.5.2 纵倾控制器与浮力调节控制单元的设计
5.5.3 纵倾控制器验证
5.6 本章小结
第6章 UUV坐底实验验证与分析
6.1 引言
6.2 UUV下潜阶段实验验证分析
6.3 UUV坐底位置搜索实验验证分析
6.4 UUV稳定着底实验验证分析
6.5 综合实验验证分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海油囊式浮力调节系统的研制[J]. 高世阳,崔汉国,张奇峰,张巍,杜林森,范云龙. 液压与气动. 2016(10)
[2]6000m AUV“潜龙一号”浮力调节系统开发及试验研究[J]. 武建国,石凯,刘健,徐会希,王雨,李阳,徐春辉. 海洋技术学报. 2014(05)
[3]深海AUV下潜过程浮力变化研究[J]. 武建国,徐会希,刘健,王晓飞. 机器人. 2014(04)
[4]水下驻留无人水下航行器驻留过程建模与仿真[J]. 张斌,宋保维,朱信尧,朱崎峰. 兵工学报. 2014(04)
[5]带有输入时滞的动力定位船鲁棒滑模控制[J]. 谢文博,付明玉,丁福光,张健. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[6]无人水下航行器海底停驻流体动力特性分析[J]. 朱信尧,宋保维,王鹏. 兵工学报. 2012(08)
[7]“深海挑战者”之潜水器族谱[J]. 胡昭阳. 世界科学. 2012(05)
[8]AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究[J]. 张勋,边信黔,唐照东,王宏健. 中国造船. 2012(01)
[9]蛟龙号载人潜水器无动力潜浮运动分析系统开发[J]. 潘彬彬,崔维成,叶聪,刘正元. 船舶力学. 2012(Z1)
[10]基于非线性迭代滑模的欠驱动UUV三维航迹跟踪控制[J]. 贾鹤鸣,张利军,程相勤,边信黔,严浙平,周佳加. 自动化学报. 2012(02)
博士论文
[1]着陆式AUV动力学行为与控制策略研究[D]. 杜兵.天津大学 2012
[2]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于扁平UUV动力学模型的导航定位与路径跟随控制方法研究[D]. 周佳加.哈尔滨工程大学 2012
[4]复杂环境下自主式水下航行器动力定位技术研究[D]. 曹永辉.西北工业大学 2006
[5]多波束测深系统地形跟踪与数据处理技术研究[D]. 吴英姿.哈尔滨工程大学 2001
硕士论文
[1]近岸浅海环境下UUV的动目标跟踪方法研究[D]. 陈烨.哈尔滨工程大学 2016
[2]多波束测深系统在水下地形测量中的应用研究[D]. 张伟.中国地质大学（北京） 2009
[3]多波束测量数据预处理研究[D]. 宋玲玲.南京航空航天大学 2007
本文编号：3175584
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3175584.html
