仿生型水下航行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、近年來(lái),仿生型水下航行器以其高速高效、機(jī)動(dòng)性好、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)成為仿生領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)“螺旋槳+舵”式的水下航行器體積大,質(zhì)量重,推進(jìn)效率低,噪音大,流體擾動(dòng)作用明顯,低速時(shí)機(jī)動(dòng)性能較差,使其在要求較高的場(chǎng)合無(wú)法使用,仿生型水下航行器應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)學(xué)習(xí)研究魚類先進(jìn)的推進(jìn)技術(shù),運(yùn)用仿生學(xué)原理,設(shè)計(jì)推進(jìn)效率高、機(jī)動(dòng)性好、噪聲低的仿生型水下航行器,有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外仿生型水下航行器的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行相關(guān)介

2、紹,分析了仿生型水下航行器在科研、軍事以及海洋救撈等方面的應(yīng)用。然后對(duì)不同推進(jìn)方式的魚類進(jìn)行研究,通過(guò)比較可以得出鲹科魚類最適合作為本文仿生的對(duì)象,對(duì)鲹科魚類的游動(dòng)的推進(jìn)機(jī)理進(jìn)行了全面深入的分析研究,建立了仿鲹科水下航行器的運(yùn)動(dòng)模型,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,并計(jì)算出仿生型水下航行器尾部擺動(dòng)產(chǎn)生的推進(jìn)力,及其在水下運(yùn)動(dòng)受到的阻力。對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真,通過(guò)比較分析各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)仿生型水下航行器推進(jìn)性能的影響,對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了科學(xué)

3、化建議。進(jìn)而按照仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)制作了四關(guān)節(jié)的仿生型水下航行器的尾部機(jī)構(gòu),并提出了一種基于單片機(jī)的尾部擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制算法,該算法具有一定的普遍適用性,可用于多關(guān)節(jié)舵機(jī)的控制,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　本文重點(diǎn)介紹了仿生型水下航行器控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),硬件包括中央控制系統(tǒng)以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),軟件包括運(yùn)動(dòng)控制算法以及單片機(jī)嵌入式程序。論文最后完成了仿生型水下航行器尾部運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn),通過(guò)設(shè)置不同參數(shù),對(duì)尾部擺動(dòng)進(jìn)行了大量的實(shí)