受海面风浪影响,装载多波束探测装置的无人船容易产生较大幅度的偏斜,从而导致数据失真。针对该问题,本文拟研究一种可加载多波束装置的机架结构,根据无人船的偏斜方向和角度,自适应地调整自身运动,使得多波束能够始终垂直向下探测。传统的自适应机架采用方位和高度两轴垂直轴系结构,当无人船受到平行于高度轴方向的风浪时,其方位轴须立即旋转90°,易导致机架的震荡,甚至失控。斜轴式机架结构的方位轴和斜轴之间为45°夹角,其高度方向的运动是由斜轴在两轴的交面上旋转产生,能够有效克服传统结构的震荡问题,为多波束装置的稳定指向控制带来了新的希望。但斜轴式机架的非正交轴系结构,使得沿两轴方向的运动之间存在相互耦合,呈现复杂的非线性结构。因此,须深入分析该类机架结构的动力学原理,提出切实可行的控制方案,进而解决该机架的精准指向问题。针对斜轴式机架的非线性结构,首先分析其动力学特征,通过轨迹规划,建立机架结构受无人船偏斜产生的方向和角度偏差与垂直方向之间的关系;构建仿真模型进一步验证规划结果的正确性。当多波束探测装置发生偏斜时,通过轨迹规划可以确定方位轴和斜轴所需要的旋转角度,从而使得多波束装置能够保持稳定的垂直向下指向。其次,搭建两轴的驱动系统仿真模型,构造轨迹规划与动态PID相结合的控制方法,通过仿真验证其控制的可行性。最后,搭建自适应斜轴机架的软硬件系统,通过实验验证该机架的稳定指向能力,并进一步优化改进。实验结果表明,当无人船偏斜角度小于60°时,自适应机架能使多波束装置保持稳定的垂直探测不失真,确保无人船的探测精度。因此,斜轴式机架用于无人船多波束装置的自适应指向控制具有可行性,对我国无人船的高性能探测有一定的参考价值。