ROV水动力性能及推力控制分配研究与仿真

发布时间：2021-08-09 23:28

　　良好的推力控制分配策略是缆控水下机器人（remotely operated vehicle, ROV）机动性和作业安全性的保障,也是ROV运动控制技术得以实现的必要条件.但现有的推力控制分配策略存在推力输出饱和或计算时间过长等问题,导致ROV机动性欠佳.针对现存问题,提出了一种混合优化目标推力控制分配策略.首先,建立ROV驱动系统数学模型,设计了一种混合优化目标推力控制分配函数;再使用Fluent软件分析不同工况下导管螺旋桨的水动力性能,得到推进器的推力模型,从而确定混合优化目标推力控制分配函数的约束条件;最后采用光滑牛顿法求解混合优化目标推力控制分配函数,并与传统伪逆推力分配策略进行仿真对比.仿真结果表明,混合优化目标推力控制分配策略能满足各推进器对推力的约束要求,并能有效地利用约束范围内的推力集合,且通过光滑牛顿法求解的总体误差小于0.0007 N m,单步迭代次数在10步以内,单步计算时间小于2 ms,其具有精度高、实时性好、无推力输出饱和等优点. 

【文章来源】：中国科学:技术科学. 2020,50(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

ROV运动空间坐标系定义示意图ζxz纵荡横荡垂荡(u,X)

合优化目标推力控制分配问题是严格凸二次规划问题.2.4光滑牛顿法光滑牛顿法是解决严格凸二次规划问题的有效方法,可以在有限迭代次数内快速获得全局最优解,满足ROV控制系统的要求.本小节主要给出光滑牛顿法求解推力分配二次规划问题的步骤及求解中的重要计算公式,具体理论推导过程参考相应文献[13].利用Kuhn-Tucker条件,问题式(8)等价于:H(,μ,)=W(A)μ(A)+c=0,(9)1ETITH(,μ,)=h+(A)=0,(10)2EETxyoFront1号2号3号4号d3d2d1图2垂直推进器分布图Figure2Verticalpropellerdiagram.中国科学:技术科学2020年第50卷第3期289

中,计算域的设计与网格的划分策略同后桨一致(图7).3.3边界条件设置与求解方法(1)边界条件设置1)旋转域转动:采用MRF模型实现螺旋桨的旋转运动,设置子流域I为内部旋转流域,其余子流域为外部静态流域;表1导管螺旋桨主要几何参数Table1Maingeometricparametersofductedpropeller几何参数数值螺旋桨直径(Dp)60mm桨叶数(Z)4盘面比(Ae/Ao)0.7螺距比(P/Dp)1.2毂径比(Do/Dp)0.2标称叶稍间隙(Dc)1mm1.0R0.9R0.8R0.7R0.6R0.5R0.4R0.3R0.2R图4(网络版彩图)Ka4-70实体模型Figure4(Coloronline)Ka4-70solidmodel.中国科学:技术科学2020年第50卷第3期291


本文编号：3332988