长航程潜水器运动建模与仿真技术研究

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无人潜水器技术随着海洋研究与开发的发展而逐渐受到各国的关注。海洋环境探测、海洋侦查的范围、深度正在逐渐变大、变深。大航程、大潜深的无人潜水器逐渐成为海洋无人探测系统的重要发展方向之一。潜水器良好的操纵性能是潜水器顺利完成作业任务的前提保障,潜水器的操纵性是其综合性能的重要组成部分之一。利用设计初期的数据,可以在分析操纵性能的基础上对设计的改进提供依据,从而完善潜水器的设计。运动仿真平台的建立不仅有助于对水下机器人的运动性能进行综合评估,也可以为控制系统设计和调试提供平台,减少水池试验和外场试验的次数,节约成本。本文以实验室研发的长航程潜水器作为研究对象,进行潜水器的操纵性与仿真技术研究。首先,从刚体运动的基本定理出发,通过对潜水器受到的水动力因素进行合理的简化,建立了向量形式的潜水器运动学、动力学模型。该模型中系数矩阵固有的对称性、斜对称性以及正定性将有利于潜水器控制系统的设计以及利用李亚普诺夫稳定性理论进行控制系统稳定性的分析;其次,利用平面运动机构进行了潜水器模型的水动力试验,获得部分潜水器水动力系数,并在此基础上进行了若干耦合以及非线性水动力系数的推算;最搭建了潜水器半实物仿真平台,分析了潜水器在水平面和垂直面的稳定性以及机动性。给出了潜水器在水平面和垂直面的典型运动曲线并进行了分析比较。
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