水下滑翔机航向控制研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MyraChen
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水下滑翔机以其功耗低、噪声小、航程长、续航时间长、隐蔽性高的特点,逐渐成为当前应用最广泛的水下观测平台。而由于水下滑翔机所处的海洋环境复杂多变,导致其在实际航行过程中无法实时按照预设航向进行运动。为了确保水下滑翔机具有良好的水下机动性、稳定性并保证水下滑翔机采集数据的准确性,航向控制的研究是必不可少的一项内容。本文以“海燕”水下滑翔机为研究对象,对比了内部姿态调节系统与外部尾舵调节系统的航向跟踪能力,并引入模糊PID方法对内部姿态调节系统控制算法进行优化。论文的主要研究内容与成果如下:(1)基于动量与动量矩定理,建立了“海燕”水下滑翔机动力学模型,该动力学模型考虑了内部偏心质量块旋转与尾舵旋转对水下滑翔机姿态调节的影响,能够较为准确地反映两种控制系统控制下的水下滑翔机的动力学特性。通过该动力学方程,建立了净浮力、纵倾质量块位移、偏心质量块旋转角度、尾舵旋转角度等控制输入量与转艏运动中状态变量的关系,为后续的仿真对比提供理论基础。(2)采用龙格-库塔法对两种航向调节系统控制下的水下滑翔机进行稳态螺旋运动求解仿真。通过仿真结果,对比分析了不同净浮力与纵倾角对航向控制的影响。之后对内部姿态调节系统与尾舵调节系统的机动性、经济性与航向跟踪动态性能进行了对比分析。(3)引入模糊PID控制算法,对现有水下滑翔机内部姿态调节系统PID控制算法进行参数优化,通过仿真对比,模糊PID方法有效地提高了水下滑翔机航向控制自适应能力与抗干扰能力。(4)通过海试数据的对比分析,验证了不同控制参数对航向控制的影响的仿真的准确性。
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