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海洋探测技术是研究海洋的基本方法,只有对海洋进行深入的探测并获取相关数据,才能真正认识和了解海洋。通过使用各种海洋探测平台及其配备的多种仪器、传感器和通信设备,来实现对海洋环境的探测。 针对大范围海洋环境参数监测以及热液区域探测等海洋研究要求,本论文研究开发了一套水下滑翔式深海电化学参数探测系统。本文从运动平台和探测仪器两个方面展开工作,主要研究了水下滑翔探测系统的动力学仿真、系统控制,并开发了原理样机,开展了水域试验及部分海试。系统仿真与试验结果验证了本文研究理论与方法的正确性和有效性。论文主要研究内容和成果如下: (1)设计完成水下滑翔式深海电化学参数探测系统,做为运动平台的水下滑翔器实现锯齿型的滑翔运动,做为探测仪器的深海电化学参数采集器实现了长期的深海环境数据采集。 (2)把水下滑翔器抽象为多刚体系统,采用第二类拉格朗日方程建立了动力学模型,确定了相关设计参数并分析系统的运动特性型,通过仿真实验验证了模型建立方法的正确性和所选模型的有效性。 (3)由于PID控制器存在的局限性,针对该局限性在研究分析非模型滑模控制器的基础上,设计了水下滑翔器的滑模控制器,并采用边界层法中的饱和函数sat(s)代替理想滑模控制中的开关函数sgn(s)消除系统了控制过程中的抖振现象。通过系统仿真与试验,显示了滑模控制器所具有的诸多优点,验证了滑模控制器的控制性能。 (4)浮力是水下滑翔器的驱动力,本文研究了水下滑翔器浮力调节方法,设计实现了结构紧凑、调节精确的水下滑翔器浮力调节系统。 (5)采用动态功率管理的低功耗设计方法,设计出高集成度、低功耗的数据采集器。数据采集器工作稳定,与多种高阻抗深海电化学传感器匹配良好。 (6)针对本文所开发的水下滑翔器进行了实验室水池试验和水域试验,针对本文所开发的数据采集器进行了海试。这些试验不仅验证了本文研究理论与方法的正确有效性,而且得出了很多具有理论与实用价值的结论。