小型UUV系統(tǒng)集成設計與導航控制技術研究.pdf

1、小型無人水下航行器(UUV)尺寸小、重量輕、便于存儲、布放和回收，具有環(huán)境適應能力強、活動范圍大、應用領域廣泛等諸多優(yōu)勢，已經(jīng)成為全世界研究的熱點，目前一些小型UUV已經(jīng)成功應于科學探索、商業(yè)運作和軍事領域。導航控制系統(tǒng)是UUV技術發(fā)展的關鍵技術之一，當UUV執(zhí)行海底勘測、海洋環(huán)境檢測等使命任務時，如果不能獲得高精度的導航定位信息和較好的控制效果，那么UUV的作業(yè)安全得不到保證，大大降低了UUV的可靠性。
　　本文根據(jù)學科建設需要

2、，設計一款尺寸小、重量輕、帶輔助推進器的小型UUV，通過搭載側掃聲納、CT、DVL、MTI、通信與測距聲納等傳感器，實現(xiàn)水下目標跟蹤、地形勘察、環(huán)境監(jiān)測等應用；基于UUV數(shù)學建模與運動特性分析，研究UUV導航控制方法，通過構建 UUV導航控制與運動仿真平臺，完成對研究方法的實驗驗證。具體內容如下：
　　首先，基于ProE平臺建立小型UUV傳感器、執(zhí)行機構、平臺等實體建模，設計了三種不同構形的UUV系統(tǒng)結構方案，根據(jù)小型UUV的使命

3、和功能定位，確定了帶輔推的魚雷型UUV結構設計方案；根據(jù)設備選型與總體布置方案，完成UUV重量、重心、固定浮容積、浮心的計算，驗證了設計方案的可行性。
　　其次，完成小型 UUV系統(tǒng)結構設計，主要分為機械結構設計與電氣結構設計，前者包括殼體、密封艙、推進與操縱系統(tǒng)等設計，后者包括內部電子設備布置、電氣接線與控制系統(tǒng)結構設計等；采用有限元分析方法驗證系統(tǒng)結構設計的合理性；基于ProE完成系統(tǒng)三維集成裝配，形成了小型UUV總裝設計圖。

4、
　　再次，小型UUV導航控制方法研究，針對小型UUV的特性以及自身搭載的傳感器，設計了導航控制算法，包括導航控制策略設計、基于自適應模糊PID的小型UUV艏向和速度控制器設計與驗證、以及基于容積卡爾曼(CKF)的小型UUV導航定位方法設計與實驗驗證。
　　最后，設計并構建了小型 UUV導航控制與運動仿真平臺，開發(fā)了控制指令、路徑設置、模型解算、參數(shù)調整、數(shù)據(jù)和軌跡顯示、實驗數(shù)據(jù)存儲等功能模塊；通過對UUV正六邊形方案和割草