【摘 要】
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水下自主航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)是一种新型水下探测和作业设备,由于其可自主控制且具有较好的机动性和灵活性,成为世界各国研究的热点。未来AUV向大深度、远航程、多功能、小型化的趋势发展。随着科学技术的不断发展与科学研究、商业需求和军事需求,小型AUV在不断地发展和壮大。本文在参考国内外现有AUV的基础上,提出了一种多推进器小型AUV的设计方案,多推
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水下自主航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)是一种新型水下探测和作业设备,由于其可自主控制且具有较好的机动性和灵活性,成为世界各国研究的热点。未来AUV向大深度、远航程、多功能、小型化的趋势发展。随着科学技术的不断发展与科学研究、商业需求和军事需求,小型AUV在不断地发展和壮大。本文在参考国内外现有AUV的基础上,提出了一种多推进器小型AUV的设计方案,多推进器使水下航行器具有更强的机动性和灵活性。本文主要的工作包括:首先进行AUV外型的选择。介绍了五种常见的AUV流线型,并利用Solidworks软件建立了相应的三维模型,利用Ansys/Fluent软件对AUV外型进行了水阻力仿真,根据水阻力的大小和加工复杂程度选择外型4作为本次设计外型。其次进行了 AUV的结构设计与和电子元器件选型。参考已有AUV的基础上,制定了 AUV的设计流程,分别对AUV的耐压壳体、推进系统、浮力调节系统、能源系统和连接机构进行设计。对AUV控制系统给出了控制框图,并对电路板和传感器等电子设备进行选型。然后建立AUV的运动学和动力学数学模型。定义了 AUV的固定坐标系和运动坐标系,根据坐标变换、动量定理和动量矩定理推导了 AUV的运动学方程和动力学方程。分析了 AUV的重力、浮力、水动力,并给出了 AUV空间六自由度方程。最后进行了 AUV垂直面运动滑模仿真研究。根据模糊滑模变结构控制方法和LMI滑模变结构控制方法分设计了两种AUV垂直面滑模变结构控制器,并利用MATLAB进行仿真,取得了比较好的控制仿真结果。图[75]表[15]参[85]
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