针对潜器动力定位的仿生鱼尾推进控制方法研究

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水下潜器广泛应用于海洋救助与打捞、海洋石油开采、国防建设等诸多方面,已经取得了巨大的经济效益和社会效益。自九十年代以来,水下潜器的研究得到了各国研究者的广泛关注,并取得了巨大进展。利用传统的螺旋桨推进器具有工作噪声大,效率低,而仿生鱼尾推进器技术有望改进这些不足。本文提出了仿生鱼尾推进动力定位的思想。水下潜器作为仿生鱼尾推进器进行动力定位的载体,设计控制系统与搭建原理样机,建立空间运动模型,通过控制算法仿真和原理样机调试验证了研究方向的可行性,为后续的动力定位的控制器设计及研究工作提供理论依据。本文从鱼尾的游动机理和推进模型出发,研究影响仿生鱼尾推进器的结构参数和运动参数,对其前向推进力和关节转矩进行了分析和计算,试制了采用最优结构参数的仿生鱼尾推进器,并设计了控制算法。研制了姿态检测模块,设计了利用四元数和欧拉法的姿态转换矩阵,依据一阶龙格库塔法更新四元数进行姿态解算,为了提高姿态检测精度,设计了卡尔曼滤波数据融合算法。推导出了潜器的六自由度空间运动模型,并分别利用传统PID控制算法、纯模糊控制算法和模糊自适应PID控制算法对潜器航向控制进行仿真验证。通过仿真效果对比,确定模糊自适应PID控制能够胜任对潜器的航向控制。最后,通过搭建原理样机,进行下水实验,实验结果验证了利用仿生鱼尾推进器能够实现四种运动模式的改变。
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