水下航行器联合操舵控制技术研究

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地球被海洋覆盖的面积大约占有71%,这其中蕴藏着大量的自然资源。水下航行器作为重要的海洋载体工具,在海洋资源调查、民用探索以及海上军事应用中发挥着非常重要的作用。水下航行器的运动情况极其复杂,不论是在执行巡航测量任务还是定点作业任务,操舵控制是保证水下航行器运动状态的重要手段之一,所以水下航行器的操舵控制技术研究有着不同寻常的作用。  本文主要侧重于对同时具有艏水平舵、艉水平舵和艉垂直舵的水下航行器的操舵控制技术进行研究,针对联合操舵控制问题采用不同的控制策略进行仿真,通过仿真试验来对比不同策略的性能好坏,并设计半实物仿真平台上进行试验。  首先,本文充分查阅大量的参考文献,对航行器的发展过程和控制技术进行概述,并详细介绍了水下航行器的操舵控制系统组成和基本控制原理。  其次,根据航行器在水下的航行特性,建立水下航行器的参考坐标系,从而推出运动学方程模型,同时对水下航行器在水中受到的外力进行分析,依据基础力学原理建立力矩平衡方程,得到航行器的空间运动模型,通过回转试验、Z型操纵等操纵性仿真对所建立的水下航行器的运动模型进行性能测试。  然后,针对同时配置三个舵的水下航行器的运动控制问题,设计出基于权值切换的联合操舵控制策略,对航向和深度控制问题进行了联合操舵控制仿真研究,并与单舵和分离舵的控制策略进行仿真对比,依据对比结果来优化最佳的联合操舵控制策略。  最后,设计并建立了联合操舵控制半实物仿真试验平台,该平台主要由上位机监控,电动舵机,水下航行器运动模拟器和操舵任务处理器组成,可对设计的操舵控制器进行性能测试。采用本文设计的控制策略在半实物仿真平台上完成了随动操舵试验,航向修正控制、深度修正控制等试验项目,取得良好的试验效果,说明所设计的联合操舵控制策略具有良好的性能,可用于水下航行器操舵控制系统。
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