水下滑翔機(jī)反步控制及其快速控制原型研究.pdf

1、水下滑翔機(jī)是浮力驅(qū)動(dòng)的、固定機(jī)翼的自主式水下航行器。在水下以穩(wěn)態(tài)滑翔為主要方式運(yùn)動(dòng)，因此，控制器大多是線性的。為了增強(qiáng)控制能力，進(jìn)一步提高導(dǎo)航精度，尚需研究滑翔機(jī)的非線性控制方法。由于尺度與運(yùn)動(dòng)方式的限制，滑翔機(jī)的控制算法驗(yàn)證與系統(tǒng)辨識在常規(guī)水池中難于實(shí)現(xiàn)。為此，本文研究了反步非線性控制方法，設(shè)計(jì)了滑翔機(jī)的反步控制器，同時(shí)搭建了可靈活操縱的滑翔機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺。
　　本論文基于傳統(tǒng)滑翔機(jī)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室尺度機(jī)體的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作了高能

2、效、易操控的實(shí)驗(yàn)室尺度滑翔機(jī)。為保證控制算法在樣機(jī)上運(yùn)行的可靠性與準(zhǔn)確性，著重考慮了俯仰姿態(tài)與浮力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行精度，設(shè)計(jì)了高精度俯仰與浮力調(diào)節(jié)傳遞機(jī)構(gòu)。同時(shí)，分別在電池搭載量與硬件低功耗兩方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證了樣機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。通過分析實(shí)驗(yàn)尺度滑翔機(jī)的特點(diǎn)，基于C FD軟件，對樣機(jī)的平板滑翔翼進(jìn)行了優(yōu)化，確定了機(jī)翼的形狀及位置。
　　針對該樣機(jī)模型，考慮內(nèi)部各移動(dòng)部件與機(jī)體動(dòng)力學(xué)的耦合關(guān)系，建立了縱平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的三自由度動(dòng)力學(xué)模型

3、。該模型中含有浮力系統(tǒng)和推動(dòng)裝置的矢量位置等參數(shù)，有利于分析各機(jī)構(gòu)對滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)的影響。模型的建立為后續(xù)實(shí)驗(yàn)及算法研究提供了基礎(chǔ)。
　　為解決滑翔機(jī)的非線性控制問題，基于以上建立的樣機(jī)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合反步控制方法，分別推導(dǎo)了角度與浮力子系統(tǒng)的控制律。同時(shí)，利用輸入輸出反饋線性化與比例積分微分相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了滑翔機(jī)縱傾運(yùn)動(dòng)控制器。完成了兩種控制器數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，二者均能較好的完成滑翔機(jī)縱傾運(yùn)動(dòng)控制，反步控