水下潜器水动力模型简化及参数辨识研究

发布时间：2017-06-09 16:08

  本文关键词：水下潜器水动力模型简化及参数辨识研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 水下潜器空间机动是严重非线性的，两平面间的运动是强耦合的，水下潜器操纵控制的重点和难点就在于此。水动力参数的获得与精确性对于水下潜器的操纵控制至关重要，本文针对水下潜器的水动力参数的问题进行了研究，主要工作有： 系统的研究并推导了模拟水下潜器运动较为完整的仿真模型。首先从刚体的动量定理出发，通过对水下潜器运动的受力分析，以泰勒级数和微分方程理论作为主要的数学工具，推导了水下潜器空间六自由度运动方程。 水动力参数辨识研究背景是模拟训练，，本文对于水下潜器的全部108个水动力系数进行了分析，由于实际航行数据数量不足，参数不宜太复杂，因此有必要将方程从水下潜器的结构特性和运动特性两个方面对其进行简化，在标准方程众多水动力系数中保留对水下潜器空间运动起主导作用的一部分系数，忽略其他各项或影响较小的参数，对原方程进行了简化。 研究了水下潜器操纵性与水动力系数之间的关系，提出水动力系数敏感性指数的指标，从水下潜器操纵性的角度对水下潜器的水动力系数进行了敏感性指数的测定，从水平面Z形操舵机动、定常回转运动、垂直面梯形操舵机动三种实验的仿真结果中提取操纵性指标与水动力系数进行解算，进而剔除某些不敏感的水动力系数。 研究了扩展卡尔曼滤波器的工作原理和设计方法，利用扩展卡尔曼滤波，采用非线性观测器的方法辨识了部分一阶水动力系数。
【关键词】：水下潜器 水动力参数 敏感性指数 扩展卡尔曼滤波
【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】：U674.941
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景、目的和意义10-11
• 1.2 操纵性理论及控制的研究状况11-13
• 1.2.1 操纵性理论概述11-12
• 1.2.2 操纵性的三个发展阶段和两种研究途径12-13
• 1.3 水动力参数仿真研究的现状13-16
• 1.3.1 系统辨识概述、原理和内容13-15
• 1.3.2 国内外的研究情况15-16
• 1.4 论文的主要工作和章节安排16-18
• 第2章 潜器空间运动建模18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 两种坐标系及其转换关系18-22
• 2.2.1 两种坐标系18-20
• 2.2.2 两种坐标系之间的旋转变换关系20-21
• 2.2.3 刚体动量和动量矩的导数在两种坐标系中的转换关系21-22
• 2.3 潜器空间六自由度运动建模22-25
• 2.3.1 动量定理与欧拉动力学方程22
• 2.3.2 平动方程22-23
• 2.3.3 旋转方程23-25
• 2.4 艇体空间受力的数学表示25-29
• 2.4.1 静力25-27
• 2.4.2 水动力27-29
• 2.5 潜器六自由度空间运动方程29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 潜器水动力参数的分析32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 测定水动力系数的方法32-33
• 3.2.1 理论计算方法32-33
• 3.2.2 船模试验测定33
• 3.2.3 近似计算33
• 3.3 水动力系数33-41
• 3.3.1 泰勒公式展开式33-34
• 3.3.2 水动力系数分类34-39
• 3.3.3 各水动力导数的意义和符号39-40
• 3.3.4 水平面与垂直面非线性分析40
• 3.3.5 水动力系数的无因次化40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 水动力系数敏感性指数42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 操纵性试验与指标42-47
• 4.2.1 水平面 Z 形操作机动42-44
• 4.2.2 梯形操舵试验44-45
• 4.2.3 回转运动试验45-47
• 4.3 敏感性水动力系数计算及分析47-52
• 4.3.1 水动力系数敏感性指数47-48
• 4.3.2 试验的种类及方法48
• 4.3.3 指数计算48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 扩展卡尔曼滤波辨识水动力参数53-69
• 5.1 引言53
• 5.2 几种最优估计方法53-57
• 5.2.1 最优估计方法53-56
• 5.2.2 各种最优估计的比较56-57
• 5.3 卡尔曼滤波算法及扩展卡尔曼滤波算法57-62
• 5.3.1 状态估计57
• 5.3.2 卡尔曼滤波的提出57-60
• 5.3.3 扩展卡尔曼滤波算法60-62
• 5.4 辨识水动力参数62-68
• 5.4.1 非线性观测器62-66
• 5.4.2 辨识结果66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果73-74
• 致谢74

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张燕;徐国华;徐筱龙;余琨;;微型开架式水下机器人水动力系数测定[J];中国造船;2010年01期

2 林兆伟;周友明;董根金;涂卫民;;粒子群混合算法在操纵运动模型辨识中的应用[J];中国造船;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 赵大旭;介入诊疗机器人多体系统建模分析与实现[D];南京航空航天大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 袁伟杰;自治水下机器人动力学建模及参数辨识研究[D];中国海洋大学;2010年

2 张晶;潜艇运动建模及简化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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本文编号：435959