面向移动观测的小型AUV“玄武-1”的设计和制作

发布时间：2017-09-10 01:51

  本文关键词：面向移动观测的小型AUV“玄武-1”的设计和制作

  更多相关文章： 移动观测 小型自主水下航行器 模块化设计 数学模型

【摘要】：认识海洋、开发海洋是现今国际上的热点话题。为了获取海洋数据,需要强有力的技术保障。卫星遥感、科考船、浮标、水下机器人、海底观测网络等技术手段都在海底探测活动中得到了广泛的应用。其中,海底观测网络是一种日趋成熟的,能够实现全天候观测的固定平台；自主水下航行器是一种重要的移动式大范围观测设备。二者的结合能充分发挥两者优势,不仅实现了固定式观测网向移动式的延伸,而且提高了自主水下航行器的水下持续作业时间和数据传输效率。本论文详细论述了“玄武-1”号自主水下航行器的设计制作流程和技术细节。这是一种面向移动观测的小型自主水下航行器,以浙江大学海底观测网络为基础,在海底观测网络末端节点设置对接基站,通过和该基站的对接实现无线电能传输和数据交换。为了达到面向移动观测的自主水下航行器的设计要求,本论文主要进行“玄武-1”的原型机设计和测试,提出了一种小型化、模块化、可对接、开架式的AUV原型。本论文主要任务包括“玄武-1”的整体功能设计、结构和外形设计、系统硬件设计、数学模型建立、系统总成和测试。基于以上工作基础,本设计为无线充电技术的实现、组合导航定位系统的测试以及水下声呐试验提供了可靠的载体。
【关键词】：移动观测 小型自主水下航行器 模块化设计 数学模型
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-19
• 1.1 项目研究背景10
• 1.2 水下航行器概述10-12
• 1.3 小型自主水下航行器(AUV)及其对接系统的研究现状12-16
• 1.3.1 国外小型AUV及其对接系统的研究现状12-15
• 1.3.2 国内小型AUV及其对接系统的研究现状15-16
• 1.4 本论文的研究意义及研究目标16-19
• 1.4.1 本论文的研究意义16-17
• 1.4.2 本论文的研究内容17-19
• 2 可对接式小型自主水下航行器系统的总体结构设计19-35
• 2.1 系统总体设计流程和主体功能设计19-21
• 2.1.1 航行器的总体设计流程19-20
• 2.1.2 航行器的任务需求和性能指标20-21
• 2.2 整体布局和框架的设计21-24
• 2.2.1 整体布局的设计和分析21-23
• 2.2.2 框架和导流罩的设计23-24
• 2.3 推进器的布局分析和设计24-26
• 2.4 水密舱的设计和分析26-28
• 2.4.1 水密舱的内部设备支架和壳体设计26-28
• 2.4.2 水密舱的端盖及其密封结构设计28
• 2.5 重心与浮心的分析和计算28-32
• 2.5.1 重心(质心)的计算29-30
• 2.5.2 浮心的计算30-31
• 2.5.3 浮力材料的设计和计算31-32
• 2.6 整体水动影响分析32-33
• 2.7 对接基站(DOCK)的需求分析和功能设计33-34
• 2.8 本章小结34-35
• 3 基于ARM处理器的控制系统设计35-50
• 3.1 控制系统的整体硬件结构设计36-37
• 3.2 主控芯片和开发板37-38
• 3.2.1 ARM芯片的介绍37
• 3.2.2 mini2440开发板的介绍37-38
• 3.3 电机控制和驱动系统38-43
• 3.3.1 无刷直流电机简介38-39
• 3.3.2 无刷直流电机驱动器的原理39-40
• 3.3.3 无刷直流电机驱动器的选型40-43
• 3.4 导航系统的设计43-46
• 3.4.1 设计思路及系统框图43-44
• 3.4.2 AHRS的工作原理44-45
• 3.4.3 GPS模块工作原理45-46
• 3.4.4 深度计的使用46
• 3.5 温湿度检测模块46-47
• 3.6 摄像头的接入47-48
• 3.7 电源及转换电路48-49
• 3.8 本章小结49-50
• 4 “玄武-1”的数学模型的建立50-64
• 4.1 坐标系和坐标转换50-53
• 4.1.1 坐标系的建立50-51
• 4.1.2 不同坐标系之间的参数转换51-53
• 4.2 AUV的运动表达式53-57
• 4.2.1 水平面运动53-54
• 4.2.2 垂直面运动54-55
• 4.2.3 合力作用下的空间运动55-57
• 4.3 AUV的动力学模型57-63
• 4.3.1 AUV的水动力分析57-59
• 4.3.2 AUV受到的浮力和重力59-60
• 4.3.3 AUV的空间运动方程60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 性能分析与试验64-71
• 5.1 “玄武-1”的性能仿真64-67
• 5.1.1 流体性能仿真64
• 5.1.2 水密舱的耐压分析和仿真64-65
• 5.1.3 关键器件的散热分析和仿真65-67
• 5.2 运动仿真67-70
• 5.2.1 水动力系数的获得67-69
• 5.2.2 本体的运动仿真69-70
• 5.3 模块调试和试验70-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 作者简历78

【参考文献】

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本文编号：824053