考慮螺旋槳推力損失的AUV縱向姿態(tài)運(yùn)動控制方法研究.pdf

1、目前，針對水下海洋運(yùn)載器(AUV)的研究，人們不再局限于深海作業(yè)，而是針對受海浪干擾較為嚴(yán)重的近水面作業(yè)進(jìn)行研究，研究領(lǐng)域主要針對AUV的姿態(tài)控制、路徑跟蹤、附加阻力，以及比較關(guān)注的AUV電力推進(jìn)節(jié)能控制問題。針對此問題本文主要對螺旋槳進(jìn)行選型，提高推力，然后對AUV的縱向姿態(tài)進(jìn)行基于狀態(tài)相關(guān)的Riccati方程(SDRE)非線性和自適應(yīng)終端(Terminal)滑膜非線性的控制方法的研究，減小了螺旋槳推力損失，提高了航行效率。
　

2、　針對所研究的內(nèi)容，本文首先根據(jù)牛頓力學(xué)定理建立六自由度姿態(tài)運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型以及進(jìn)行了縱向運(yùn)動的模型化簡并對其進(jìn)行開環(huán)系統(tǒng)仿真分析；由于AUV在近水面作業(yè)所受到的干擾主要是海浪干擾，針對AUV所受的隨機(jī)海浪干擾所具有的隨機(jī)性、不確定性以及信噪比較低等特點(diǎn)進(jìn)行了海浪在時域以及頻域內(nèi)的優(yōu)化仿真分析，可以將其應(yīng)用到非線性減搖模型系統(tǒng)中，這為非線性減搖模型理論進(jìn)一步分析有重要意義，并利用Morison方程原理建立針對本文被控模型所受海浪干擾力以及

3、干擾力矩的計算公式，運(yùn)用MATLAB進(jìn)行相應(yīng)的仿真分析；由于海浪等海洋環(huán)境的干擾造成的AUV姿態(tài)運(yùn)動的變化，不僅產(chǎn)生搖蕩附加阻力，而且還對螺旋槳負(fù)載性能造成影響，考慮到螺旋槳推進(jìn)效率，盡管理論上螺旋槳的直徑越大轉(zhuǎn)速越低所提供的推進(jìn)效率越高，但是由于干擾、船體、以及流場流勢的影響，不同的AUV所適用的螺旋槳型號不同，且不同的螺旋槳負(fù)載所受到干擾的性能影響不同，因此針對本文研究的模型進(jìn)行了螺旋槳型號選擇并針對縱向姿態(tài)運(yùn)動對該螺旋槳性能的的影

4、響進(jìn)行了仿真分析；由于縱向姿態(tài)運(yùn)動對螺旋槳負(fù)載造成的航行阻力增加、螺旋槳推力減小并可將螺旋槳推力損失轉(zhuǎn)換為螺旋槳增阻，為了減小附加能源的消耗，本課題結(jié)合了Terminal控制理論、自適應(yīng)控制理論、SDRE控制方法以及??D方法采取了不同的控制策略對其進(jìn)行縱向姿態(tài)運(yùn)動控制。
　　通過仿真分析說明了縱向姿態(tài)運(yùn)動對螺旋槳負(fù)載特性的影響主要是造成螺旋槳推力損失，因此本文針對縱向姿態(tài)運(yùn)動控制進(jìn)行了SDRE控制器的設(shè)計以及 Terminal滑