四旋翼水下航行器的運動建模及可視化仿真.pdf

1、人口總數(shù)的急劇增長導(dǎo)致資源短缺問題的凸顯，軍事對弈從陸、空延伸至海洋，人類對于海洋的興趣愈來愈濃冽，各國海洋相關(guān)技術(shù)的競爭也在白熱化。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動、可下潛深度大、智能控制和成本低等優(yōu)點，已經(jīng)成為水下航行器的主角。課題組以搜索水雷、監(jiān)測海底電纜為目標，期望自主研發(fā)一種四旋翼無人水下航行器。通過閱讀相關(guān)文獻，了解水下航行器的發(fā)展

2、、現(xiàn)狀和趨勢，參考現(xiàn)有積累，本文完成了四旋翼無人水下航行器的空間運動模型、運動控制、可視化仿真的研究。
　　首先，本文說明了四旋翼驅(qū)動系統(tǒng)的運行方法和優(yōu)點，提出設(shè)計初衷，并對其進行受力分析，計算了四個驅(qū)動的推力分布公式，再加上位姿變化規(guī)律，構(gòu)建完整的空間運動方程。并且在Matlab的Simulink環(huán)境中搭建運動仿真模型，計算潛水器的位移、速度等運動參數(shù)。
　　緊接著在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計控制策略。總結(jié)目前適用于水下航行器

3、的運動控制方法，針對四個驅(qū)動的對象，闡述了通過推力反解進行控制的思路?；诮怦詈托_動理論，先簡化空間運動模型簡化，然后采用PID控制器，通過Matlab仿真，觀察控制器的效果，實現(xiàn)航行器的航速、航向和深度控制。
　　最后搭建了一個可視化仿真平臺。一開始，借助Matlab虛擬現(xiàn)實工具箱，直接實現(xiàn)可視化輸出。為了實現(xiàn)更逼真的環(huán)境模擬，利用Unity3D開發(fā)工具，構(gòu)造水下環(huán)境、渲染航行器模型、添加碰撞檢測、進行視角設(shè)計，實現(xiàn)運動可視化