无人水下航行器的运动建模与控制策略研究

发布时间：2017-04-23 11:12

  本文关键词：无人水下航行器的运动建模与控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 论文的研究对象是一个外形与重型鱼雷相似的无人水下航行器，研究的目的在于建立研究对象的数学模型，并针对数学模型进行运动控制策略的研究，为将来的实体控制作理论性准备。 论文从鱼雷数学建模的思想出发，详细分析了无人水下航行器的受力情况，建立了无人水下航行器的数学模型，然后对无人水下航行器的运动方程进行分解并利用小扰动原理对数学模型进行了线性化处理。 鉴于PID控制器的成熟和广泛运用，，论文首先运用PID控制，对研究对象进行了运动控制的仿真，仿真结果表明PID控制胜任对该对象的控制。PID控制依赖于简化模型，其控制的有效性有待于下一阶段的实验研究来证实。由于存在无人水下航行器建模误差、流体动力学参数的不确定性和未知洋流的干扰，控制系统必须具有对不确定参数的自适应能力。专家PID控制既保持了PID控制简单易于实现的优点，又能满足对参数摄动自适应能力的要求，提高了系统的鲁棒性。 模糊控制是一种不依赖于数学模型而基于经验的控制策略，对于在复杂环境下工作的无人水下航行器的控制尤为适用。同时也注意到模糊控制的稳态精度性能不好，而PID控制的稳态精度性能较好，论文将模糊控制和PID控制相结合用于无人水下航行器的运动控制，在控制器设计中避开了复杂的模糊逻辑理论，从浅显的经验出发总结出调整模糊控制决策表的规律，给出了PID控制参数的模糊控制决策表，并进行了仿真，仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。
【关键词】：无人水下航行器 数学建模 专家PID控制 模糊PID控制
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U661.73
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 概述11-12
• 1.2 无人水下航行器的地位和作用12
• 1.3 无人水下航行器的国外发展现状12-15
• 1.4 无人水下航行器的发展重点和应用前景15-17
• 1.5 论文的主要内容17-18
• 第2章 无人水下航行器控制系统的基本原理18-31
• 2.1 无人水下航行器控制系统的基本原理和组成18-20
• 2.2 舵机和舵回路20-21
• 2.2.1 对舵机与舵回路的要求20-21
• 2.2.2 舵机的分类21
• 2.3 无人水下航行器的航向控制系统21-24
• 2.3.1 无人水下航行器航向控制系统的组成22-23
• 2.3.2 无人水下航行器对航向控制系统的要求23
• 2.3.3 无人水下航行器航向控制系统常用的控制规律23-24
• 2.4 无人水下航行器的横滚控制系统24-26
• 2.4.1 无人水下航行器产生横滚的原因24-25
• 2.4.2 无人水下航行器横滚控制系统的组成25
• 2.4.3 无人水下航行器横滚控制系统常用的控制规律25-26
• 2.5 无人水下航行器的深度控制系统26-27
• 2.6 无人水下航行器的纵倾控制系统27-28
• 2.7 无人水下航行器控制技术的发展方向28-30
• 2.8 本章小结30-31
• 第3章 无人水下航行器的运动建模31-44
• 3.1 坐标系的选择和运动学参数的定义31-35
• 3.2 无人水下航行器的受力分析35-39
• 3.2.1 无人水下航行器受到的水动力36-38
• 3.2.2 无人水下航行器受到的浮力38-39
• 3.2.3 无人水下航行器受到的推力39
• 3.2.4 无人水下航行器受到的重力39
• 3.3 运动学方程的建立39-41
• 3.4 动力学方程的建立41-42
• 3.5 无人水下航行器的数学模型的建立42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 无人水下航行器数学模型的简化44-49
• 4.1 无人水下航行器运动方程的简化44-47
• 4.1.1 无人水下航行器运动方程的一般形式44-45
• 4.1.2 小扰动原理45-46
• 4.1.3 运动方程的线性化46-47
• 4.2 无人水下航行器运动方程的分解47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 无人水下航行器控制策略的研究49-75
• 5.1 无人水下航行器的PID控制50-55
• 5.1.1 PID控制介绍50
• 5.1.2 模拟PID控制器的数学模型50-51
• 5.1.3 数字PID控制器的数学模型51-52
• 5.1.4 PID控制器的调节及其参数整定方法52
• 5.1.5 无人水下航行器PID控制仿真52-55
• 5.2 无人水下航行器的专家PID控制55-60
• 5.2.1 专家控制器的结构55-56
• 5.2.2 专家PID控制器的设计56-58
• 5.2.3 无人水下航行器专家PID控制仿真58-60
• 5.2.4 专家PID与普通PID控制器的比较60
• 5.3 无人水下航行器的模糊PID控制60-73
• 5.3.1 模糊控制理论介绍60-62
• 5.3.2 模糊PID控制器62-63
• 5.3.3 模糊PID控制器设计63-71
• 5.3.4 无人水下航行器模糊PID控制仿真71-73
• 5.3.5 模糊PID与普通PID控制器的比较73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果79-80
• 致谢80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蒋平;陆晓明;;HILS技术在水雷控制系统设计中的应用[J];舰船科学技术;2012年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 杨毅;PSS 3-2-1正交并联动平台控制策略的研究[D];燕山大学;2012年

2 张永攀;水下高速航行体控制系统研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 熊磊;基于多测距仪的UUV结构环境SLAM方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 阚如文;无人水下航行器姿态控制策略研究[D];吉林大学;2012年

  本文关键词：无人水下航行器的运动建模与控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：322311