潜器全方位推进器调距控制装置仿真研究

论文摘要

潜器全方位推进器作为一种新型推进装置,目前尚处于研究开发阶段,它打破了常规推进操纵装置通常由若干个推进器组成的模式,有效解决了常规推进装置存在的潜器结构连续性差、强度低、尺度（如耐压壳厚度）要求高,推进器性能比重大,潜器内部的布置受局限,功耗大等问题,因而具有广阔的工程实用前景。本文主要针对潜器全方位推进器调距控制装置进行了一系列的建模仿真研究工作。首先,对潜器全方位推进器调距控制装置进行了运动学建模分析,包括位置正解建模分析和位置反解建模分析。并在所推导的数值解法的基础上,运用遗传神经网络算法对潜器全方位推进器调距控制装置的位置正解的求解工作进行优化仿真研究。其次,对潜器全方位推进器调距控制装置进行基于Lagrange方程方法及基于Kane方程方法的动力学数学模型的详细推导工作,并通过利用遗传算法优化雅可比矩阵求解的方法,进行调距控制装置的奇异位形分析判断。然后,针对所建立的潜器全方位推进器调距控制装置电液伺服系统数学模型,设计了基于遗传算法的自寻优PID控制器,利用MATLAB对其进行了仿真研究。结果表明GA-PID控制器具有很好的控制精度和鲁棒性。最后,将虚拟样机技术应用于潜器全方位推进器调距控制装置分析实验中。运用ADAMS软件对调距控制装置的运动学和动力学进行分析和论证,并通过仿真得到各构件的运动特性。交互式地进行结构参数的调整和改进,为控制潜器全方位推进器的位姿提供了数据参考,为实体样机的研制提供了可靠保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景及意义
• 1.2 潜器全方位推进器的工作原理
• 1.3 潜器全方位推进器国内外研究现状
• 1.4 虚拟样机技术
• 1.5 智能控制理论
• 1.6 论文研究的主要内容
• 第2章 全方位推进器调距控制装置建模分析
• 2.1 引言
• 2.2 潜器全方位推进器的调距控制装置
• 2.3 调距控制装置坐标系建立
• 2.4 调距控制装置运动学反解
• 2.5 调距控制装置运动学正解
• 2.5.1 调距控制装置运动学正解模型
• 2.5.2 遗传算法的基本原理
• 2.5.3 调距控制装置运动学正解的智能解法
• 2.5.4 实验结果与结论
• 2.6 本章小结
• 第3章 调距控制装置动力学及奇异位形分析
• 3.1 引言
• 3.2 调距控制装置Lagrange动力学模型推导
• 3.2.1 RPY角描述法
• 3.2.2 雅可比矩阵
• 3.2.3 调距控制装置Lagrange动力学方程建立
• 3.3 调距控制装置凯恩动力学模型推导
• 3.3.1 Kane方程
• 3.3.2 Kane动力学建模
• 3.4 调距控制装置奇异位形分析
• 3.4.1 奇异位形分类
• 3.4.2 基于遗传算法的奇异位形分析
• 3.4.3 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 调距控制装置电液伺服系统设计研究
• 4.1 引言
• 4.2 调距控制装置结构及主要元件选择
• 4.2.1 全方位推进器调距控制装置结构
• 4.2.2 电液伺服阀的选择
• 4.2.3 液压泵、电机以及联轴器的选择
• 4.2.4 蓄能器的选择
• 4.2.5 位移传感器以及供油压力的选取
• 4.3 调距控制装置电液伺服系统建模
• 4.3.1 液压控制回路工作原理
• 4.3.2 液压缸的参数计算
• 4.3.3 电液伺服阀的数学模型
• 4.3.4 控制系统传递函数的给出
• 4.4 单通道电液位置伺服控制系统的仿真研究
• 4.4.1 PID控制原理
• 4.4.2 基于遗传算法整定的PID控制
• 4.4.3 系统仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 调距控制装置虚拟样机技术仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟样机技术概述
• 5.2.1 虚拟样机技术的定义
• 5.2.2 虚拟样机技术的特点
• 5.2.3 ADAMS软件的功能
• 5.2.4 ADAMS虚拟样机仿真的流程
• 5.3 调距控制装置运动学仿真分析
• 5.3.1 ADAMS环境下实体模型
• 5.3.2 ADAMS环境下运动学仿真分析
• 5.4 调距控制装置动力学仿真分析
• 5.4.1 ADAMS动力学方程
• 5.4.2 ADAMS动力学仿真分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢