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特种ROV设计与控制方法研究

作　者: 白灵
导　师: 付明玉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 特种ROV 协调控制 PID控制神经网络PID控制
分类号: U674.76
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文研究的特种ROV是用来模拟潜艇失事时的潜艇逃生舱段,实现对深潜救生艇引导和定位,与深潜救生艇的安全对接。要使特种ROV成功完成模拟对接任务,就要根据任务要求进行外形结构、布局等的设计并且对其进行有效的控制。首先,本文参考国内外水下装置的成功设计经验,通过对水下装置结构设计因素的分析,设计了开架式,耐压舱在中间,左右两边两个浮力调节舱用来模拟潜艇失事时潜艇逃生舱段的外形结构,进行了特种ROV耐压壳体结构强度计算,并且分析了整体平衡方法,计算了相应的浮心、重心位置及其稳定性。其次,在以上特种ROV设计的基础上对其水动力特性进行分析,建立了特种ROV空间运动学模型,并根据实际需要进行了适当简化,根据船舶原理无因次体系初步估算了特种ROV的水动力系数,得到了特种ROV六自由度运动模型,并且对特种ROV的运动模型进行了水平面运动和垂直面运动模型验证。最后,根据特种ROV运动模型,在特种ROV的垂直面运动控制中使用了协调控制的方法,设计了特种ROV垂直面协调控制器,并且对浮力调节舱设计中的两种浮力调节装置进行了仿真;在水平面运动控制中使用了基于推力参数分配器的不同航速下的航向角控制。在特种ROV垂直面运动协调控制的基础上,分析了PID和神经网络相结合的形式,建立了神经网络自适应PID控制器。通过不同的仿真案例,验证了上述控制方法的可行性。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 遥控水下装置(ROV)的发展及国内外现状  10-15
    1.2.1 遥控水下装置(ROV)的发展  10-11
    1.2.2 遥控水下装置(ROV)的国内外现状  11-14
    1.2.3 ROV应用前景  14-15
  1.3 水下装置控制技术概述  15-17
  1.4 主要研究内容和研究方法  17-19
    1.4.1 主要研究内容  17
    1.4.2 主要研究方法  17-19
第2章特种ROV的设计  19-37
  2.1 特种ROV的设计要求  19
  2.2 特种ROV推力估算  19-20
  2.3 特种ROV结构设计  20-25
    2.3.1 特种ROV的总体布置  20-23
    2.3.2 特种ROV推进装置  23-25
  2.4 特种ROV电子舱的设计  25-30
    2.4.1 特种ROV耐压壳体的形状  26-28
    2.4.2 特种ROV耐压壳体结构强度计算  28-29
    2.4.3 特种ROV电子舱的设计  29-30
  2.5 特种ROV浮力调节舱的设计  30-31
    2.5.1 变体积调节  30-31
  2.6 特种ROV密封问题  31-32
    2.6.1 密封问题  31
    2.6.2 特种ROV密封  31-32
  2.7 特种ROV便于吊放回收的结构  32
  2.8 特种ROV整体平衡计算  32-36
    2.8.1 ROV整体平衡计算准则  32-33
    2.8.2 特种ROV的整体平衡计算(重心、浮心的计算)  33-36
  2.9 本章小结  36-37
第3章特种ROV运动模型的建立  37-52
  3.1 引言  37
  3.2 坐标系的选择  37-41
    3.2.1 固定坐标系和运动坐标系  37-39
    3.2.2 固定坐标系和运动坐标系的转换关系  39-41
  3.3 特种ROV动力学建模方法  41-43
    3.3.1 受力分析  41
    3.3.2 流体水动力  41-42
    3.3.3 重力与浮力  42-43
  3.4 推进器建模  43-44
  3.5 特种ROV运动模型  44-46
  3.6 特种ROV运动模型验证  46-51
    3.6.1 水平定常直线运动验证  46-50
    3.6.2 垂直面定常直线运动验证  50-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章特种ROV运动控制研究  52-63
  4.1 特种ROV协调控制系统框架  52-53
  4.2 特种ROV深度、横倾角协调控制器设计及其仿真  53-60
    4.2.1 特种ROV深度、横倾角协调控制器设计  53-57
    4.2.2 特种ROV深度、横倾角协调控制仿真  57-60
  4.3 特种ROV不同航速下的航向角控制器设计及其仿真  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章神经网络在特种ROV中的应用  63-78
  5.1 引言  63
  5.2 神经网络理论  63-67
    5.2.1 神经网络基础  64-66
    5.2.2 神经网络的学习规则  66-67
  5.3 基于神经网络的特种ROV协调控制器设计及仿真  67-77
    5.3.1 特种ROV协调控制器设计  68-74
    5.3.2 横倾、深度协调控制仿真  74-77
  5.4 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

特种ROV设计与控制方法研究

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