四旋翼水下航行器的運(yùn)動(dòng)建模及可視化仿真.pdf

1、人口總數(shù)的急劇增長(zhǎng)導(dǎo)致資源短缺問(wèn)題的凸顯，軍事對(duì)弈從陸、空延伸至海洋，人類對(duì)于海洋的興趣愈來(lái)愈濃冽，各國(guó)海洋相關(guān)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)也在白熱化。水下航行器作為探索海洋的主要工具，與其相關(guān)的技術(shù)研究都在快速發(fā)展，特別是自主水下航行器AUV，相較于其他類型航行器具有靈活運(yùn)動(dòng)、可下潛深度大、智能控制和成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為水下航行器的主角。課題組以搜索水雷、監(jiān)測(cè)海底電纜為目標(biāo)，期望自主研發(fā)一種四旋翼無(wú)人水下航行器。通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，了解水下航行器的發(fā)展

2、、現(xiàn)狀和趨勢(shì)，參考現(xiàn)有積累，本文完成了四旋翼無(wú)人水下航行器的空間運(yùn)動(dòng)模型、運(yùn)動(dòng)控制、可視化仿真的研究。
　　首先，本文說(shuō)明了四旋翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方法和優(yōu)點(diǎn)，提出設(shè)計(jì)初衷，并對(duì)其進(jìn)行受力分析，計(jì)算了四個(gè)驅(qū)動(dòng)的推力分布公式，再加上位姿變化規(guī)律，構(gòu)建完整的空間運(yùn)動(dòng)方程。并且在Matlab的Simulink環(huán)境中搭建運(yùn)動(dòng)仿真模型，計(jì)算潛水器的位移、速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
　　緊接著在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)控制策略?？偨Y(jié)目前適用于水下航行器

3、的運(yùn)動(dòng)控制方法，針對(duì)四個(gè)驅(qū)動(dòng)的對(duì)象，闡述了通過(guò)推力反解進(jìn)行控制的思路?；诮怦詈托_動(dòng)理論，先簡(jiǎn)化空間運(yùn)動(dòng)模型簡(jiǎn)化，然后采用PID控制器，通過(guò)Matlab仿真，觀察控制器的效果，實(shí)現(xiàn)航行器的航速、航向和深度控制。
　　最后搭建了一個(gè)可視化仿真平臺(tái)。一開(kāi)始，借助Matlab虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱，直接實(shí)現(xiàn)可視化輸出。為了實(shí)現(xiàn)更逼真的環(huán)境模擬，利用Unity3D開(kāi)發(fā)工具，構(gòu)造水下環(huán)境、渲染航行器模型、添加碰撞檢測(cè)、進(jìn)行視角設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)可視化