喷水推进无人艇六自由度运动建模与仿真研究

发布时间：2021-05-23 04:30

　　水面无人艇（Unmanned Surface Vehicle,简称USV）是一种无人操作且具备自主航行能力的水面舰艇,具有高智能性、航速快、航程远、机动性强和隐蔽性好等优点。近年来,各国政府和研究机构出于对周边海域的军事、商业和科研方面的需要,加大了对无人艇相关技术的研发力度。但是,由于无人艇动态特性的非线性、随机性、高阶性、强耦合性和易受环境影响等特点,大大增加了对其研发工作的难度和危险性。因此,为了使研究者能够准确地预测和掌握无人艇的操纵运动特征,对无人艇本身的运行特性进行研究并建立相应的无人艇运动数学模型显得尤其重要,同时,也具有重要的实际应用价值。本文在总结前人的船舶运动数学模型和无人艇运动的研究成果的基础上,并结合实船试验数据,对某机构研发的9米喷水推进无人艇的六自由度运动建模与仿真进行了研究,并做出了如下工作：1.分析无人艇的运动学和动力学特征,讨论作用在无人艇上的各种力和力矩的计算方法,并根据MMG（船舶操纵运动数学模型研讨小组）建模思想,建立无人艇六自由度运动数学模型。首先,针对无人艇水动力受力特点,对其进行了受力分析,按照受力性质,将实际海况中无人艇的受力分为重力、喷... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 无人艇的研究现状
        1.2.1 国外无人艇的研究现状
        1.2.2 国内无人艇的研究现状
    1.3 无人艇的艇型选择
    1.4 滑行艇动力特性与运动建模的研究概述
    1.5 本文研究的主要内容
第2章 无人艇运动非线性数学模型
    2.1 概述
    2.2 无人艇的运动特点及受力分析
        2.2.1 滑行艇的结构和运动特点
        2.2.2 滑行艇的受力分析
    2.3 无人艇六自由度运动非线性数学模型的建立
        2.3.1 参考坐标系与符号定义
        2.3.2 无人艇六自由度空间运动方程
        2.3.3 无人艇六自由度运动数学模型的结构
        2.3.4 无人艇六自由度运动数学模型的计算公式
    2.4 本章小结
第3章 无人艇运动模型的实现与验证
    3.1 研究对象的主要参数
    3.2 无人艇运动仿真模型的实现
        3.2.1 运动模型中各运动状态参量的积分计算
        3.2.2 无人艇运动仿真模型的建立
    3.3 无人艇运动仿真模型的仿真验证
        3.3.1 直航运动仿真验证
        3.3.2 启动\制动运动仿真验证
        3.3.3 回转运动仿真验证
    3.4 本章小结
第4章 无人艇运动模型的仿真与分析
    4.1 无人艇全速域直航变速运动仿真与分析
        4.1.1 低速域至中速域直航变速运动
        4.1.2 中速域至高速域直航变速运动
        4.1.3 低速域至高速域直航变速运动
    4.2 无人艇主动制动/倒车运动仿真与分析
        4.2.1 油门推量50%时主动制动/倒车运动
        4.2.2 油门推量90%时主动制动/倒车运动
    4.3 无人艇全速域回转运动仿真与分析
        4.3.1 油门推量30%时变舵角回转运动
        4.3.2 油门推量60%时变舵角回转运动
        4.3.3 油门推量90%时变舵角回转运动
    4.4 环境干扰力影响下的无人艇运动仿真与分析
        4.4.1 环境风干扰力影响下的无人艇运动仿真与分析
        4.4.2 环境浪干扰力影响下的无人艇运动仿真与分析
        4.4.3 环境流干扰力影响下的无人艇运动仿真与分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于水面机器人的溢油回收处理装置搭载平台的结构优化设计[J]. 杨涛,杨勇生,王建华.  科技视界. 2015(15)
[2]滑行艇海豚运动稳定性分析的仿真验证[J]. 姜正桥,朱齐丹,刘志林,曾雪莲.  船舶工程. 2015(04)
[3]海上的较量——上海大学精海无人艇系列研发纪实[J]. 彭艳,骆阿雪.  中国军转民. 2015(02)
[4]航海模拟器目标船数学模型[J]. 张显库,陈秀嘉,陆禹,尹勇.  中国造船. 2014(03)
[5]高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法[J]. 凌宏杰,王志东.  上海交通大学学报. 2014(01)
[6]周期变推力控制滑行艇海豚运动的仿真分析[J]. 朱齐丹,姜正桥,刘志林.  哈尔滨工程大学学报. 2013(09)
[7]滑行艇在规则波中的数值模拟(英文)[J]. 苏玉民,赵金鑫,陈庆童,朱炜,金星.  船舶力学. 2013(06)
[8]棱柱型滑行艇在规则波中迎浪运动响应的频域解[J]. 朱鑫,段文洋,马山,黄硕.  哈尔滨工程大学学报. 2012(11)
[9]滑行艇高速航行时的数值模拟(英文)[J]. 苏玉民,陈庆童,沈海龙,卢微.  Journal of Marine Science and Application. 2012(02)
[10]水面无人艇发展与应用[J]. 李家良.  火力与指挥控制. 2012(06)

博士论文
[1]基于灰色系统理论的滑行艇运动姿态预报研究[D]. 张长斌.哈尔滨工程大学 2012
[2]喷水推进水面无人艇的非线性控制方法研究[D]. 曾薄文.哈尔滨工程大学 2012
[3]高速滑行艇纵向运动稳定性预报方法研究[D]. 李亚军.哈尔滨工程大学 2012

硕士论文
[1]高速无人艇的建模与控制仿真[D]. 高双.哈尔滨工程大学 2007



本文编号：3202287