机器海豚尾部动力学建模与推进系统控制

发布时间：2023-10-28 16:54

　　为设计一款具有高效推进性能的机器海豚,从结构、运动、动力建模和控制四个方面展开设计与优化。在结构方面,运用瞬态分析方法优化了尾鳍形状参数,获得了具有高效推进性能的尾鳍结构参数。在运动方面,建立了鱼体波曲线的控制参数、电机转角和位姿变换三者之间的关系来构造鱼体波光滑逼近机理模型,并通过模糊逼近算法验证了逼近机理的有效性。在动力学建模方面,运用凯恩方法建立了机器海豚拍动和C型旋转的动力学模型,同时利用流固耦合方法和粒子群算法对关节运动参数进行了优化。其参数引入到滑模控制中,展开机器海豚平面路径跟踪和定深控制,通过仿真验证机器海豚高效的推进性能。为以后机器海豚机动性能和三维控制提供了理论基础,使机器海豚在预定环境中得到良好的控制。

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 选题意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 机器鱼国内外研究现状
        1.3.2 机器海豚样机国内外研究现状
    1.4 论文研究内容
第2章 机器海豚鱼体波光滑逼近
    2.1 研究背景
    2.2 模型搭建方案
        2.2.1 机构坐标系建立
        2.2.2 参数与关节之间关系
        2.2.3 位姿变换关系
    2.3 控制方案分析
        2.3.1 电机转角与位姿之间控制机理分析
        2.3.2 鱼体波控制参数与电机转角之间控制机理分析
        2.3.3 机器海豚鱼体波光滑与连续化
    2.4 仿真验证
        2.4.1 关节折线与拟合实际摆动曲线仿真
        2.4.2 电机转角曲线逼近仿真
    2.5 小结
第3章 多运动模式动力学建模
    3.1 研究背景
        3.1.1 主要动力学分析方法
        3.1.2 机器鱼及海豚动力学研究现状
    3.2 上下拍动动力学分析
        3.2.1 第三关节动力学分析
        3.2.2 第二关节动力学分析
        3.2.3 拍动运动动力学模型
        3.2.4 ADAMS动力学仿真
    3.3 C型转弯动力学分析
        3.3.1 C型转弯动力模型建立
        3.3.2 ADAMS动力学仿真
    3.4 小结
第4章 关节运动参数优化
    4.1 基于ADAMS优化
    4.2 基流固耦合优化
        4.2.1 拍动关节运动参数优化
        4.2.2 转弯关节运动参数优化
        4.2.3 转弯性能分析
    4.3 基于优化算法关节运动参数优化
        4.3.1 拍动运动关节参数优化
    4.4 基于最优关节运动参数的控制
    4.5 小结
第5章 高效三维样机
    5.1 BCF推进规律
    5.2 海豚推进规律
        5.2.1 海豚构造
        5.2.2 海豚游动观察
        5.2.3 机器海豚方案设计
    5.3 机器海豚模块化设计
        5.3.1 上下拍动装置
        5.3.2 尾鳍结构优化
        5.3.3 定点转弯机构设计
        5.3.4 C型转弯运动机构设计
        5.3.5 头部设计
        5.3.6 其他主要机构设计
    5.4 小结
第6章 机器海豚推进性能控制
    6.1 研究背景
        6.1.1 功效推进控制现状
        6.1.2 方案制定
    6.2 拍动关节步态运动控制
    6.3 避障运动效果
        6.3.1 机器海豚工况环境识别
        6.3.2 位姿检测
        6.3.3 电机驱动
        6.3.4 避障
    6.4 平面轨迹跟踪
        6.4.1 线性轨迹跟踪
        6.4.2 曲线性轨迹跟踪
        6.4.3 定深控制
    6.5 小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
        7.2.1 创新点
        7.2.2 研究展望及进一步研究计划建议
参考文献
致谢
作者简历
附录A 模糊逻辑部分规则表
附录B 主要符号对照表



本文编号：3857396