碟形水下滑翔机控制策略研究

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海洋监测在海洋开发过程中具有重要地位。本文提出了一种新型的碟形水下滑翔机。在特点上,该新型的水下滑翔机在具备水下航行时间长、水下航行探测范围广、不依赖母船和噪音小的基本优点外,还因碟形的设计增强了灵活性以及抗缠绕的特点。同时基于碟形水下滑翔机这种全翼身的整体结构,其完全依靠自身浮力的变化来产生航行的动力,获得滑行前进的速度。在滑翔机进行上浮和潜水的运动时,只需要在其运动周期的最高点和最低点进行姿态的调整,调节浮力和重力的相互关系,而中间的滑翔过程中无需任何调整。但是在控制水下滑翔机的时候,由于其在水下很难保持线性航行,运动方程难以模拟,所以在控制方法上,本文采用了独立设计的模糊PID控制器作为该碟形水下滑翔机的控制方法。本文首先,分析了碟形水下滑翔机在水下的运动方式,建立了水下滑翔机的运动分析坐标系,确立了完善的轴向平移及转动的运动方程,进行了合理的假设和简化,最终得到了较为复杂的运动方程,同时也清楚的体现了针对运动方程的控制方法用于该碟形水下滑翔机的难度,提出了考虑采用PID这种无视模型的控制方法。其次,在针对该新型水下滑翔机的全对称的碟形设计,提出了碟形水下滑翔机的总体设计思路,包括外形设计、浮力调节系统、重心调节系统、自动控制系统。详细阐述了各个子系统的功能和和实现方式。同时考虑在现有的硬件支持下完全可以可添加模糊控制对PID控制进行进一步的精确。最后,针对水下滑翔机的运动控制策略研究,独立设计了模糊PID控制器作为其控制方案,针对其特点采用模糊参数控制的方法让模糊控制和PID控制相结合,通过偏差和偏差变化率实时修正比例、积分和微分系数,并且进行了水池实验和仿真实验,最终完成用模糊控制对PID参数控制的实现。既避开了复杂的运动方程,同时人为的经验用模糊控制的方法实现也进一步提高了碟形水下滑翔机的控制精度,让其在性价比和精度上的结合更优越,证明了水下滑翔机在未来海洋争霸中的重要地位。
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