水下滑翔机垂直面运动优化控制
水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究
水下滑翔机的反步与反馈线性化控制对比研究张凯;刘雁集;马捷【摘要】水下滑翔机是高阶非线性系统,传统的线性控制方法在滑翔机俯仰角大幅度转换过程中易出现调整时间变长,控制精度下降等问题.通过研究水下滑翔机动力学模型,在保留模型非线性特征的前提下,分别设计了基于反步法以及基于输入输出反馈线性化的水下滑翔机纵倾运动控制器.数值仿真表明,在俯仰角大范围转换动态过程中,2种方法均能实现滑翔机纵倾运动的控制,反步控制器更适宜用于俯仰角的控制,而输入输出反馈线性化对压载水囊质量的控制则更胜一筹.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)012【总页数】5页(P139-143)【关键词】水下滑翔机;反步法;输入输出反馈线性化;俯仰控制;仿真对比【作者】张凯;刘雁集;马捷【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U674.941水下滑翔机是一种装有固定机翼、依靠浮力驱动的水下自治航行器(AUV)，它依靠浮力调节系统改变自身所受净浮力实现升沉运动，借助升沉过程中机翼产生的升力获得水平推力向前航行。
浮力调节系统与内部质量滑块调节系统的协同工作使得滑翔机能在垂直平面内沿锯齿状轨迹向前运动，并通过尾舵或者内部横滚调节系统完成转向运动。
水下滑翔机具有续航能力长、作业范围广、作业成本低、无需母船支持、隐蔽性好等优点，在水下侦察、水体数据采集等海洋科考领域具有广阔的应用前景。
水下滑翔机是具有内部动态质量、多输入多输出的高阶系统，具有很强的非线性[1]，自身不稳定，其航向稳定性和姿态稳定性均需要控制器施加控制才能得以保证。
目前，大多数滑翔机的控制器仍采用线性控制器，典型代表为比例积分微分控制(PID)与线性二次调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)，PID控制器简单有效、易于实现，Nina[2]、Bachmayer R[3]等人使用PID算法设计了滑翔机运动控制器，并仿真证明了控制效果；相对于PID控制，LQR在调整时间、稳态误差、抗干扰性等方面有明显优势，Leonard[4]、Kan L[5]、王延辉[6]等在水下滑翔机LQR控制器设计领域开展研究，证实了LQR方法在可用于水下滑翔机运动控制；MM Noh[7]使用参数辨识方法建立了水下滑翔机数学模型，并对比分析了LQR与PID2种方法在滑翔机俯仰与深度控制中控制性能。
滑翔机设计中的气动特性分析与优化
滑翔机设计中的气动特性分析与优化在滑翔机的设计过程中，了解和分析气动特性是至关重要的。
通过对滑翔机的气动特性进行详细的研究和优化，可以提升其飞行性能和效率。
本文将对滑翔机设计中的气动特性进行分析，并探讨优化的方法。
一、滑翔机的气动力学基础在理解滑翔机的气动特性之前，有必要先了解滑翔机的气动力学基础。
滑翔机的飞行原理是借助来自气流的升力来支持其飞行，同时通过阻力来抵消它的重量。
这种飞行方式需要滑翔机在空气中保持稳定的姿态和飞行轨迹。
二、滑翔机的气动特性分析1. 升力和阻力分析在滑翔机的设计过程中，准确地预测和分析升力和阻力是非常重要的。
升力是滑翔机支持其飞行的关键力量，而阻力则会减缓滑翔机的速度。
因此，滑翔机的设计应该在最大化升力的同时，尽量减小阻力。
2. 滑翔比和滑翔范围滑翔比和滑翔范围是评估滑翔机性能的重要指标。
滑翔比是指滑翔机在垂直高度单位下所能飞行的水平距离。
滑翔比越高，滑翔机的性能越好。
而滑翔范围是指滑翔机在给定高度上所能飞行的最远距离。
3. 操纵性和稳定性除了升力和阻力之外，滑翔机的操纵性和稳定性也是非常重要的气动特性。
操纵性是指滑翔机在飞行过程中的灵活性和可控性。
稳定性则是指滑翔机在各种外界扰动下保持平衡和稳定的能力。
三、滑翔机气动特性的优化方法1. 翼型优化翼型是影响滑翔机气动特性的关键因素之一。
通过优化翼型的设计，可以提高滑翔机的气动性能。
常用的优化方法包括改变翼型的几何形状、改进气动外形线、增加翼型的升力和减小阻力。
2. 翼展和翼面积优化翼展和翼面积也是滑翔机气动特性的重要参数。
通过调整翼展和翼面积的大小，可以优化滑翔机的升力和阻力性能。
较大的翼展可以增加升力，而较小的翼面积可以减小阻力。
3. 翼展和机身的配比优化在滑翔机设计中，翼展和机身的配比也需要进行优化。
通过调整翼展和机身长度的比例，可以提高滑翔机的气动效率。
较大的翼展和较小的机身长度可以减小阻力，并提高滑翔机的操纵性和稳定性。
水下滑翔机外形设计与运动仿真
ｓ ｓｗｉ ｈ ｃ ｅ ｎ ｆ ｉ ｌｃ ｍｅ ｔｏ ｓ ｅ ｔｒ ｔ ｅ￣ｔ ｕ ｅ ａ ｇｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｈ ｃｅ ｎ ｆ ｉ ｌｃ ｍｅ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｔ ｓ ａ ｅ ｎ ｆｍａ ｓｃ ｎ ｅ ， ｈ ｈ ｎ ｏｄ ｐ ｉ ｄ ｎ ｌ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｉ ｒｍｅ ｔ ｓ ａ ｅ ｎ ｔ ｈ ｎ ｏｄ ｐ ｏ ｓ ｅ ｔ ｒ ｈ ｍｐ ｃ ｆ ｅ ｕ ｙ ｎ ｙ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｎ ｔ ｔ ｄ ｎ ｌ ｓ ｓ ｌ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｖ ｌｃｔ ｆ ｈ ｌ ｅ ｆｍａ ｓｃ ｎ ｅ ，ｔ ｅ ｉ ａ ｔｏ ｔｂ ｏ ａ ｃ ｎ ａｔ ｋ ａ ｇｅ ａ ｄ ａｔ ｕ ｅ ａ ｇ ｅ ｉ ｍａ ｌ ｎ ｈ ｅｏ ｉ ｏ ｅ ｇｉ ｒ ｎ ａ ｉ ｙ ｔ ｄ
可见 ， 在水 下滑翔 机研究 方 面 ， 主要体 现在外 形设计 与运 动 仿真方面 。而对某一特定净浮力质量 时 ， 下滑翔机水 平航 水 行距离最大 ， 是水下滑 翔机 运动 的一个 重要 指标 ， 这方 面研
究 比较少 。本文针对水下滑翔机定 常运动过程 中的特点 ， 应
器， 对于海洋环境监测与资源勘探具有重要的应用价值 。
ｎ ｍｉ ａ ａ ｔｒ ｆ ｔ ｅ ｓｅ ｄ ｔｔ ｒ ｄ ｎｉ ｃ ｅ ａ ｃ ｐ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｔ ａ ｙ ｓａｅ ｗｅ ｅ ｉ ｅ ｔ ａ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｍｏｉ ｎ ｐ ａ ｔ ｒ ｎ ｏ — ｒ ｉ ｆ ｎ ｈ ｅａ ｉ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｔ ａ ｍｅｅ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｏ ｏ ｒ ｔｏａ ｌ ａ ｉｂ ｅ ｓｓｍｕａｅ ｓ ｇ ＭＡ Ｌ ｏｔ ｒ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ａｔｃ ｎ ｌ ｆ ｈ ｌ ｅ ｅ ｒ ａ ｒｌ ｂ ｅ ｖ ｒ ｌ ｓｗａ ｉ ｌｔ ｄ ｕ ｉ Ｔ ＡＢ ｓ ｆ ａ ｎ ｗａ ｅ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｈ ｔ ｋ ａ ｇｅ ｏ ｅ ｇｉ ｒｄ ｃ ｅ ・ ｓ ｈ ｔ ａ ｔ ｄ
水下滑翔机航行算法及数据处理系统研究
水下滑翔机航行算法及数据处理系统研究为了开发海洋资源,寻找能源、矿产以及生物资源等,人类利用自治水下航行器(AUV)进行海洋勘探。
水下滑翔机作为一种新型的自治水下航行器,具有成本低、航程远、下潜深、航行时间长、具有自主导航能力等特性,通过挂载不同类型的传感器,成为海底观测平台中不可或缺的一部分。
本文研究水下滑翔机能耗与滑行状态的关系,提出一种能耗最优的组合航行算法,研发数据处理系统,为航行提供准确的参数,通过实验测试系统的性能。
研究表明,滑翔机以最小阻力姿态航行,转弯半径尽可能小,每次下潜深度尽可能大,则能耗最低。
根据确定的航行任务,通过GPS获得起始经纬度,给定目标点的经纬度,结合罗盘测得的偏航角,明确起始航向。
滑翔机先做螺旋运动调整航向,然后在垂直纵剖面做锯齿形运动。
每次下潜上浮后在水面通过GPS 纠正航向,以逐渐纠偏的方式逼近目标点。
数据处理系统由上下位机两部分组成,采用检错重发的通信机制。
上位机功能包括参数设置、操作保护和数据处理,下位机的功能包括系统自检、数据处理、运动部件调试、航行任务规划和应急处理。
实验验证了数据处理系统的性能满足要求,滑翔机的钛合金外壳和天线防水外罩耐压大于2.4MPa,尾翼轴的动静密封可靠,并测得电机的最佳工作状态。
同时,测试了可控参数——重块偏移量和净浮力,对航行的俯仰角和垂直分速度的影响。
张艾群简历.doc-中国科学院声学研究所
获科技奖情况：
1.中型水下机器人产品开发获“中科院科技进步一等奖”，1991年，排名第五；
2.中型水下机器人产品开发获“国家科技进步二等奖”，1992年，排名第五；
3.YQ2型无人遥控潜器获“中科院科技进步二等奖”，1996年，排名第一；
4.自走式海缆埋设机获“沈阳市科技进步一等奖”，2004年，排名第一；
3.Shaowei Zhang, Jiancheng Yu,Aiqun Zhang, Lei Yang and Yeqiang Shu, 2012,Marine Vehicle Sensor Network Architecture and ProtocolDesigns for Ocean Observation,Sensors, 2012,12, pp.373-390
从1984年起从事水下机器人技术的研究工作，参加了海人一号、CR-01自治水下机器人等国家级重大科研项目；主持完成了YQ2型遥控潜水器和自走式海缆埋设机项目；作为总体组成员参加863计划国家重大专项“7000米载人潜水器”的研制，1000米～7000米级海试工作全过程；参与了国家“十一五”和“十二五”深海探测技术战略研究报告和“深海潜水器技术与装备重大项目”实施方案的编制工作。在任水下机器人研究中心主任期间，组织并开展了多项国家重大水下机器人项目，使水下机器人技术实现了引进消化向自主研发、浅水轻作业向重载作业型、区域调查型向长航程作业型能力的转变。提出并开展的水下滑翔机、ARV新概念水下机器人，使我国深海探测技术上取得了突破，促进了我国深海运载器技术水平的提高和发展。
水下滑翔机垂直面动力学分析与仿真
水下滑翔机垂直面动力学分析与仿真张华;张进峰;张少伟;倪先胜【摘要】水下滑翔机是一种依靠水动力和净浮力驱动的无外挂推进系统,具有能耗小、作业时间长的优点,主要应用于大范围、长时间、大尺度的海洋观测.本文针对在研的水下滑翔机原理样机,介绍基于CFX水动力计算软件的水动力计算方法,并采用最小二乘法辨识了滑翔机在垂直面作稳定滑翔运动时的水动力参数;分析水下滑翔机垂直面稳态运动时系统状态与控制量之间关系,并基于LQR控制方法设计水下滑翔机在垂直面作稳态滑翔运动时在不同俯仰角下的切换控制策略,仿真表明了这种控制方法的有效性.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)010【总页数】6页(P56-61)【关键词】水下滑翔机;水动力分析;LQR【作者】张华;张进峰;张少伟;倪先胜【作者单位】武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;东风德纳车桥有限公司,湖北襄阳441000;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064;武汉第二船舶设计研究所,湖北武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TP240 引言水下滑翔机是一种依靠机翼水动力和净浮力驱动、将浮标和水下机器人技术结合的新概念水下机器人。
水下滑翔机通过间歇性改变自身净浮力和重心在垂直纵剖面的位置从而改变滑翔运动中机翼受到的水动力，借助机翼的升力实现在垂直纵剖面的锯齿状运动，通过重心位置在机翼面的侧向偏移产生的横滚力矩实现机身的横滚，从而使机翼升力产生回转向心力分量实现滑翔机的转向。
由于净浮力的改变和重心位置改变是间歇性的，因此滑翔机能耗非常小，适用于长期、大范围海洋环境的长期监测。
1995年以来，在美国海军研究局 (ONR)的资助下，美国研制出了 Slocum、Seaglider和 Spray等［1－3］以电池和海洋温差为能源的水下滑翔机系统，其续航时间一般可达200－300 d，航程达2 000～7 000 km，航行速度约为0.25m/s。
控位滑行航行器的运动分析与弹道仿真
文章 编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ３ ４ ８（ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ３ ３ １ ～ ０ ６
计
算
机
仿
真
２ ０ １ ３ 年７ 月
控 位 滑行 航 行 器 的运 动 分 析 与 弹 道 仿 真
李武 强 ， 胡欲 立 ， 钟如 意
（ 西北工业大学航海学院 ， 陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ）
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．
Ｋ Ｅ Ｙ ＷＯ Ｒ ＤＳ ： Ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｇ ｉ ｄ ｅ ｒ ； Ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； Ｐ ｌ ａ ｙ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
滑翔 和控位运动弹道进行 了仿真 ， 分析总结 了航行器在不 同运动模式 和工况下 的稳定 性 ， 并对不 同参 数条件下 的航行器 稳 定性 品质和衰减历程进行 了对 比。结果表明在给定的初始条件下控位 滑行航行器是 能按照预设轨迹 航行 ， 完 成航行任务 ，
满足设计要求的 。 关键词 ： 控位滑行航行器 ； 弹道仿真 ； 操控性
摘要 ： 控位滑行航行器是一种结构简单 、 能源的利用率高 ， 同时机动性也 较好的新 型水下航行器 。为 了解决 控位滑行航行 器
的运动优化控制 ， 针对控位滑行航行器的滑翔和近水面的控位运动稳定性问题 ， 利 用控位 和滑翔运 动特 点， 根据动量和 动量 矩定理建立 了航行器空间运动数学模型 ， 通过 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件模块建立了航行器空间六 自由度运 动仿真模型 ， 并对
飞行器设计与工程毕业论文选题
毕业论文（设计）题目学院学院专业学生姓名学号年级级指导教师教务处制表二〇一三年三月二十日飞行器设计与工程毕业论文选题本团队专业从事论文写作与论文发表服务，擅长案例分析、仿真编程、数据统计、图表绘制以及相关理论分析等。
飞行器设计与工程毕业论文选题：基于多学科的飞行器并行工程支撑技术的研究高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究高超声速滑翔式飞行器气动性能分析与评估高超声速飞行器气动热影响部件的热分析复合材料层合结构减重优化与瞬态传热分析方法飞机多学科设计协同优化及近似技术研究联接翼结构特性研究高超声速飞行器气动加热及热响应分析浮空器飞控系统的多学科设计优化工况模态分析在时变航天器结构中的应用高超声速飞行器气动加热与热防护系统性能的仿真与试验研究面向飞行器设计的分布并行算法的研究飞行器设计中的稳健设计方法研究MDO在空空导弹设计中的应用飞行器协同设计中的产品结构与配置管理研究与应用飞行器并行工程中的产品数据交换机制基于SAGE的分布式高性能优化设计平台飞行器集成设计框架软件研究有翼导弹概念设计中的气动/隐身一体化建模研究高超声速飞行器气动加热特性及其计算方法研究高超声速飞行器中圆柱类贮箱液固耦合动力学研究飞行器数字化装配建模与序列规划研究基于自适应结构与智能蒙皮技术的流场主动控制仿真研究新型超压翼伞特性分析与控制系统初步设计发射系统仿真计算方法和平台建设研究水下滑翔机垂直面运动研究高超声速火箭气动加热数值计算方法研究多阶频率与振型约束下的结构动力学优化设计空腔流动的机理模拟和控制大气风场模型研究及应用高精度空间飞行器动力学集成建模方法研究热冲击作用下含缺陷超高温陶瓷结构的损伤行为数值模拟靶弹飞行器纵向通道控制器设计研究数字化设计技术在自转旋翼机设计中的应用研究强扰动下飞翼飞机着陆控制技术研究带大惯量负载的空间驱动机构运动特性分析无尾布局微型飞行器的设计CFD不确定度的初步研究翼型俯仰浮沉耦合振动问题的数值计算研究物理风洞与虚拟风洞的多源数据融合与管理基于材料塑性行为的随动强化模型的有限元分析典型机翼盒段静力破坏过程的数值仿真高速乘波飞行器气动布局设计研究飞行器气动数据库系统的开发及应用涡轮基组合循环发动机一体化性能数值模拟基于非定常涡的结构非线性气动伺服弹性研究基于图像的微扑翼飞行器运动检测研究涡轮冲压组合发动机一体化数值模拟鱼类游动的N-S方程数值模拟与推进机理探索微型飞行器飞行控制系统设计山融3号小麦耐盐相关过氧化物酶基因及植物抗砷基因工程初步研究。
滑翔机的飞行模型与控制算法研究
滑翔机的飞行模型与控制算法研究摘要：滑翔机是一种没有动力的飞行器，依靠气流的升力和动力进行飞行。
本文旨在研究滑翔机的飞行模型与控制算法，以便更好地理解和优化滑翔机的飞行性能。
首先，我们将介绍滑翔机的基本原理和特点，然后建立数学模型，分析滑翔机的飞行力学。
接下来，我们将探讨滑翔机的控制机制和常用的控制算法，并通过仿真实验验证这些算法的有效性。
最后，我们将总结研究成果，并展望未来的研究方向。
1. 引言滑翔机是一种依靠气流升力和动力进行飞行的飞行器，广泛应用于航空、运动和科研等领域。
相比于像飞机或直升机这样有动力驱动的飞行器，滑翔机的设计更加简单，因为它没有燃料和引擎等复杂的部件。
滑翔机的飞行性能和控制算法是滑翔机研究的重要方向之一。
2. 滑翔机的基本原理和特点滑翔机的基本原理是利用大气环境中的升力和阻力来维持飞行。
当滑翔机受到外力推动或获得一定高度后，通过剧烈的下俯运动来获取速度，并在下滑时利用这个速度对空气产生上升气流。
滑翔机在气流的升力作用下，可以前进和保持稳定飞行。
滑翔机的主要特点包括：没有动力系统、较高的升阻比、较低的最大滑降比以及较长的飞行时间。
这使得滑翔机在一些特定场景下具有非常大的优势，例如气象科学研究、长时间航拍和运动竞赛等。
3. 滑翔机的飞行力学模型为了研究滑翔机的飞行性能和控制算法，我们首先需要建立滑翔机的飞行力学模型。
一种常用的模型是基于牛顿力学原理和空气动力学理论。
该模型考虑了滑翔机在飞行过程中所受到的重力、升力和阻力等力的作用。
基于该模型，我们可以计算和分析滑翔机的飞行性能，例如飞行速度、滑降比和飞行距离等。
此外，该模型还可以用于设计和优化滑翔机的形状和结构，以提高其飞行性能。
4. 滑翔机的控制机制滑翔机的控制机制是指控制滑翔机姿态和飞行路径的手段和方法。
滑翔机的控制一般包括两个方面：姿态控制和航迹控制。
姿态控制用来控制滑翔机的俯仰角、滚转角和偏航角等姿态参数，以保持滑翔机的稳定飞行。
Petrel-II200水下滑翔机动力学建模及仿真
第27卷第5期 水下无人系统学报 Vol.27No.52019年10月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Oct. 2019收稿日期: 2018-10-25; 修回日期: 2018-12-10.基金项目: 国家重点研发计划重点专项(2017YFC0305902); 青岛海洋科学与技术国家实验室“问海计划：项目(2017WHZZB0101); 天津市自然科学基金重点基金(18JCZDJC40100).作者简介: 孙秀军(1981-), 男, 教授, 主要研究方向为海洋移动观测平台技术.[引用格式] 孙秀军, 王雷, 桑宏强. Petrel-II 200水下滑翔机动力学建模及仿真[J]. 水下无人系统学报, 2019, 27(5): 480-487.Petrel-II 200水下滑翔机动力学建模及仿真孙秀军1,2,3, 王 雷1, 桑宏强4(1. 河北工业大学 机械工程学院, 天津, 300130; 2. 中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室, 山东 青岛, 266100; 3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 海洋动力过程与气候功能实验室, 山东 青岛, 266237; 4. 天津工业大学 机械工程学院, 天津, 300387)摘 要: 国内对水下滑翔机动力学行为的研究多针对深海型及横滚转向机制, 而对浅海型、尾舵转向类型研究较少。
基于此, 文中以Petrel-II 200浅海型水下滑翔机作为模型进行动力学建模及运动仿真分析, 并引入海流等干扰因素, 为浅海型水下滑翔机的运动形式提供参考。
根据Petrel-II 200三维模型中各质量的相对运动关系将其质心简化为由多个质点组成的多刚体系统, 构造质心与质点之间的关系式; 基于动量及动量矩定理对Petrel-II 200进行动力学分析, 对水下滑翔机所受重力、驱动浮力以及水动力进行体坐标系转换, 并推算出完整的动力学方程, 明确了升阻比与回转半径表达式; 通过选取水下滑翔机物理、水动力学参数, 对锯齿、螺旋等典型运动进行仿真试验。
海洋水下滑翔机的设计与控制
海洋水下滑翔机的设计与控制随着人们对海洋深处的探索逐渐深入，传统的潜水器已经无法满足人们的需要。
海洋水下滑翔机（AUV）应运而生，它是一种可以在水下进行自主航行的无人机器人。
它的设计和控制十分重要，本文将对其进行详细探讨。
一、海洋水下滑翔机的设计1. 常用设计海洋水下滑翔机是由多个部件组成的，包括浮力球、滑翔机身、机头、机尾、尾翼和螺旋桨等。
其中浮力球起到平衡的作用，滑翔机身则保证机器人的稳定性和描绘测量区域的能力；机头和机尾分别用于航向控制和稳定控制；尾翼和螺旋桨用于实现机器人的姿态控制和推进。
根据滑翔机的工作原理，海洋水下滑翔机设计主要有两种类型。
一种是推进式，另一种是滑翔式。
（1）推进式推进式滑翔机是通过螺旋桨推进的，可以在水下进行自主航行。
它的优点是马力大，可以更快地行进。
但不足之处是运动的惯性比较大，需要更多的功率才能控制。
（2）滑翔式滑翔式滑翔机可以利用水流进行滑行，自身的浮力和水流的作用力可以保持平衡状态。
它的优点在于节约能量和简单的设计。
但是，这种滑翔机不能像推进式滑翔机那样轻易地控制。
2. 关键元件关键元件包括电机、电子控制系统、氧气发生器、水流计和声纳。
这些部件是控制滑翔机实施海域观测时所需的。
其中氧气发生器是非常重要的，因为海水的氧气含量很低，如果没有这个设备，机器人可能会因为氧气不足而无法工作。
水流计和声纳则用于避免水流的影响，以保证机体的稳定性。
二、海洋水下滑翔机的控制1. 定位和导航系统定位和导航系统是控制滑翔机的关键。
由于滑翔机是实现自主水下航行的无人机器人，因此定位和导航系统必须具备高精度的特性。
目前，在海洋水下滑翔机设计中，主要采用四种方式实现定位和导航系统：GPS、北斗卫星导航、声纳和惯性导航系统。
海洋水下滑翔机需要实现自主航行和定点测量，因此在这几个方面具有同等重要的作用。
同时，正常的GPS天线作用于海水中的电磁波过于微弱，可能会失去定位功能，因此需要结合使用其他导航系统以保证精度。
水下滑翔机工作原理
水下滑翔机工作原理水下滑翔机是一种利用自然浮力和机械推进相结合的水下机器人，主要用于海洋科学研究、海洋环境监测等领域。
它可以在深海中快速、高效地进行数据采集和传输，具有极高的实用价值和应用潜力。
本文将介绍水下滑翔机的工作原理，包括推进、控制、数据采集等方面。
一、水下滑翔机的基本结构水下滑翔机主要由机身、推进系统、控制系统和传感器系统等组成。
机身通常由轻质材料制成，具有良好的自然浮力。
推进系统包括水流推进器和转向舵，用来控制滑翔机的前进方向和速度。
控制系统主要包括电脑控制系统和通讯系统，用来控制滑翔机的运动轨迹和实现数据采集、传输等功能。
传感器系统则包括多种传感器，如水温传感器、盐度传感器、压力传感器等，在海洋环境中采集数据。
二、水下滑翔机的推进系统水下滑翔机的推进系统采用水流推进器，利用水的流动动力为滑翔机提供推动力，实现前进功能。
水流推进器主要由一个反转桨和一个螺旋桨构成，其中反转桨用来控制滑翔机的上下运动，而螺旋桨则用来提供前进推力。
水下滑翔机的推进方式与普通的潜艇或遥控水下机器人等有所不同。
普通的水下机器人通过螺旋桨等机械设备提供推进力，需要消耗大量的电能或燃料，同时也容易发出噪声，影响其在海洋环境中的应用。
而水下滑翔机采用水流推进器，不需要燃料或电能，直接利用海水流动动能，减少了能源消耗和噪声污染，提高了其工作效率和环境适应性。
水下滑翔机的控制系统主要由电脑控制系统和通讯系统两大部分组成。
电脑控制系统通过实时计算水流推进器的推力和转向舵的角度，控制滑翔机的运动方向和速度。
通讯系统则负责滑翔机与地面或其他水下设备之间的数据传输和接收。
这一过程通常采用声波通讯技术，将数据通过声波信号发送到地面接收设备进行解码和处理。
在水下滑翔机的运行过程中，控制系统可以实时接收传感器系统采集的各种数据，并根据需要进行分析或处理。
随着海洋科学研究和海洋环境监测需求的不断增加，现代水下滑翔机的传感器系统也越来越多元化和智能化。
水下滑翔机技术的研究与应用
水下滑翔机技术的研究与应用水下滑翔机是一种能够在水下自主滑行的机器人，它通过控制自身的浮力和重力来实现在深海中的探测和观测任务。
由于具有多种先进的技术，如智能化控制、高效能电池和海洋探测仪器，水下滑翔机被广泛应用于海洋资源勘探、环境监测、海洋气象、水下考古等领域，而且在未来的海洋科研和工业探明中也将发挥重要作用。
一、水下滑翔机的工作原理和组成结构水下滑翔机的工作原理基于阿基米德原理和伯努利原理，它通过控制机体的浮力和重力来实现在不同深度的运动。
同时，滑翔机采用高效能电池和深海探测仪器来实现自主探测和数据传输，并且与通信卫星和地面站进行联络，确保精确有效的探测结果。
水下滑翔机在结构上主要包括机身、飞翼、节流阀、着陆装置、电子设备等组成部分。
机身是由高极性材料和可变密度泡沫构成，具有轻便且稳定的特点。
飞翼是滑翔机的关键部件，它能够通过摆动机身实现机体的升降运动。
节流阀控制飞行姿态，促进平稳的运动和精确的观测。
着陆装置用于在水面上和水底上实现安全的起降操作。
二、水下滑翔机的技术特点和应用领域水下滑翔机作为海洋探测和监测领域的一项创新技术，具有以下几个技术特点：1、高智能化控制水下滑翔机采用高度智能化和自主化的控制技术，可以对海洋环境进行实时的观测和监测。
在海洋科学领域中，水下滑翔机能够精确地测量海底地形、水体温度和盐度、水流速度和方向等指标，为海洋环境的研究提供了丰富的数据。
2、长时间下潜水下滑翔机是通过高效能电池工作的，因此它可以在深海底层长时间下潜。
在高深度环境中，滑翔机能够保持对海洋环境的长时间观测和监测，同时具有可重复和可编写的任务功能。
3、精确的观测和探测能力水下滑翔机具有极高的精确度和稳定性，能够准确地探测和观察不同深度的海洋环境。
除此之外，滑翔机的快速调整能力和灵活的振翼机构使其成为一种高效的探测工具。
水下滑翔机在海洋探测和监测方面的应用非常广泛，如测量海水温度、盐度、流速、有机物含量或磁场等大量参数；扫描和记录湍流水流；记录冰面下的有关情况。
洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究
洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究一、本文概述Overview of this article随着海洋科技的飞速发展，水下滑翔机作为一种新型的海洋探测设备，其在海洋环境监测、海底资源勘探、海洋灾害预警等领域的应用日益广泛。
然而，水下滑翔机在复杂的海洋环境中运行时，受到洋流、海流、潮汐等多种因素的影响，其动力学特性极为复杂。
因此，深入研究洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析以及控制器设计，对于提高水下滑翔机的运行效率、稳定性和安全性具有重要意义。
With the rapid development of marine technology, underwater gliders, as a new type of marine exploration equipment, are increasingly widely used in fields such as marine environmental monitoring, seabed resource exploration, and marine disaster warning. However, when underwater gliders operate in complex marine environments, they are influenced by various factors such as ocean currents, ocean currents, tides,etc., and their dynamic characteristics are extremely complex. Therefore, in-depth research on the dynamics modeling, motion analysis, and controller design of underwater gliding under the influence of ocean currents is of great significance for improving the operational efficiency, stability, and safety of underwater gliders.本文旨在探讨洋流影响下的水下滑翔机动力学建模方法，分析水下滑翔机在洋流作用下的运动特性，研究控制器设计策略以提高水下滑翔机的运动性能和鲁棒性。
基于流体力学的水下滑翔机设计研究
基于流体力学的水下滑翔机设计研究随着科技的不断发展和人们对深海环境的探索需求日益增长，水下滑翔机的应用越来越受到关注。
水下滑翔机是一种能够在水下长时间滑翔的自主推进设备，具有较低的能耗和较高的控制精度，被广泛应用于海洋环境监测、海底矿产勘探、深海生态调查等领域。
本文将利用流体力学的知识，介绍水下滑翔机的基本原理和设计研究进展，并探讨其未来的发展方向与应用前景。
一、水下滑翔机的基本原理和结构水下滑翔机是一种能够通过改变自身重心位置而进行垂直上升和下降的设备，其工作原理类似于滑翔机。
水下滑翔机的结构主要由机身、翅膀和尾翼等组成，其中机身内部放置有各种传感器和控制器。
水下滑翔机采用的是激光测距控制技术，可在海底深度达到数千米的极端环境下完成自主控制任务。
二、水下滑翔机的流场分析水下滑翔机在水中滑行时，会遇到水的阻力和滑翔过程中产生的涡流等流体问题，因此流场分析是设计与优化水下滑翔机的重要工作之一。
首先，水下滑翔机在水中运动时受到的阻力包括湍流阻力和摩擦阻力等多种类型。
要降低阻力，需要减小机身和翅膀的阻力面积，并且采用流线型外形设计。
其次，在水下滑翔机运动过程中会产生诸如涡流、流磨砺、剪切力等复杂的物理现象。
这些流场问题会影响到滑翔机的稳定性和控制精度，需要在设计阶段通过流场模拟和实验来研究并解决。
三、水下滑翔机的应用前景和发展趋势水下滑翔机近年来在海洋环境监测、深海资源勘探、深海生态调查等领域得到广泛应用。
其在海洋环境监测中可以通过测量水温、盐度、水位等参数来监测海洋环境的变化；在深海资源勘探中，可以通过激光测距和探测仪器来获得地质结构信息，并进一步开展深海矿产资源开发；在深海生态调查中，可以对深海生物进行采样，研究海洋生态与保护。
未来，水下滑翔机的应用前景依然广阔。
在工业应用方面，水下滑翔机可以用于管道、基础设施的巡检和监控，也可以用于海底沉积物、矿产的采集和勘探。
在科学研究领域，水下滑翔机可以用于海洋生态与生物多样性研究、深海环境观测和地球探测等领域。
水下滑翔机动力学建模及PID控制
水下滑翔机动力学建模及PID控制王旭超;齐向东【摘要】为了解决水下滑翔机的控制问题,设计了尾部四螺旋桨来控制滑翔机的俯仰和转向,对水下滑翔机进行运动学和动力学建模,并在其基础上设计了PID控制器.通过Matlab/Simulink仿真和湖试对所设计的PID控制器的有效性进行验证.仿真结果表明在所设计的PID参数下,控制器能够有效地完成水下滑翔机自稳定控制.湖试结果与仿真结果相比较,可以得出设计的PID控制器参数选取合理,能够快速准确地实现姿态的调节.%In order to solve the problem of underwater glider control, the tail four-propeller is designed to control the pitching and steering of the glider. The kinematics and dynamics of the underwater glider are modeled and the PIDcontrol-ler is designed on the basis of it. The validity of the designed PID controller is verified by Matlab/simulink simulation and lake test. The simulation results show that the controller can effectively control the self-stabilization of the underwater glider under the designed PID parameters. Compared with the simulation results, it can be concluded that the design of the PIDcon-troller is reasonable and the attitude can be adjusted quickly and accurately.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2017(039)012【总页数】6页(P64-69)【关键词】水下滑翔机;动力学模型;PID控制;Matlab仿真;湖试【作者】王旭超;齐向东【作者单位】太原科技大学电子信息与工程学院,山西太原 030051;太原科技大学电子信息与工程学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】N945.12;TP391.921世纪以来，海洋资源的开发和利用问题越来越引起人们的关注，随着技术的不断成熟，水下滑翔机作为一种新型的海洋勘测工具逐渐发展起来。
水下滑翔机动力学建模及PID控制
水下滑翔机动力学建模及PID控制随着人们对海洋资源的日益渴求，水下探测技术的发展成为了一种重要的技术手段。
水下滑翔机作为一种水下探测设备，具有探测范围大、时间长、能耗低等优势，但其控制难度大、自稳性差等问题也需要得到解决。
本文将结合水下滑翔机的运动学建模，对其动力学建模及PID控制进行探讨。
一、水下滑翔机运动学建模水下滑翔机本质上是一种受力平衡的物体，它的运动学模型可以通过欧拉-拉格朗日方程建模描述。
其中，当水下滑翔机沿着水平方向前进时，其位置坐标可表示为：X = [x, y, z]T其中，x、y、z分别表示水下滑翔机在X、Y、Z轴方向上的位置坐标。
水下滑翔机在水平方向的运动速率可表示为：V = [u, v, w]T其中，u、v、w分别表示水下滑翔机在X、Y、Z轴方向上的速度。
滑翔机在水面之下的深度可以表示为：Z = z由于滑翔机受到的杆翼力的作用，故受力方程为：F = - D - L - W其中，F表示所受到的总力，D表示阻力，L表示升力，W表示重力。
根据欧拉-拉格朗日方程，我们可以得出如下的滑翔机运动学模型：[物体质量矩阵][加速度矩阵] = [受力矩阵] - [惯性力矩阵]其中，物体质量矩阵为：M = [m 0 0 0 0 00 m 0 0 0 00 0 m 0 0 00 0 0 Ix 0 00 0 0 0 Iy 00 0 0 0 0 Iz]加速度矩阵为：a = [du/dt dv/dt dw/dt domega_x/dt domega_y/dt domega_z/dt]T 受力矩阵为：F = [U V W L M N]T其中，U、V、W分别为水下滑翔机在uvw坐标系下的速度，L、M、N分别表示滑翔机的滚转、俯仰和偏航力矩。
惯性力矩阵为：G = [0 0 0 0 -mw mv0 0 0 mw 0 mu0 0 0 -mu -mv 0]二、PID控制PID控制是一种基于比例、积分、微分优化的传统控制方法。
水下滑翔机的控制系统设计及运动仿真
第 ２期
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ０Ｃ Ｅ ＡＮ Ｅ ＮＧＩ ＮＥ Ｅ ＲＩ ＮＧ
Ｖ０ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ０ ４月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ４ ２
第一作者简介 ： 李
哗（ １ ９ ７ ８一） ， 男， 博士 ， 教授
研究方 向： 水 下机器人 的运 动控制 、 路 径规划 以及数 据融合技术
Ｅ－ ｍａ ｌ ｌ ： ｌ ｉ ｙ ｅ ＠ｈ ｒ ｂ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
浮力 作 用下开 始 上 浮运 动 ， 并 最 终 达 到上 浮 到定 常 滑翔 运动状 态 ；
大载体 排水 体积 达 到 中性状 态 ， 水 下 滑 翔 机 开 始 减速下 潜 ， 并最 终停 止运 动 ；
４ ） 通 过俯仰 调 节机 构 向艉部 移 动 电池 组 ， 使
得水 下 滑翔机 姿态 变为 艏朝上 艉朝 下 ；
５ ） 通过浮力调节机构增大载体排水体积 ， 使
得水 下 滑翔机 处 在 正 浮力 状 态 ． 水 下 滑翔 机 在 正
力， 同时相应改变载体重心在纵向上的位置 ， 形成
一
１ ） 通过俯仰调节机构 向艏部移动 电池组 ， 使
得 水下 滑翔机 保持 艏朝 下艉 朝上 姿态 ； ２ ） 通过 浮力调 节 机构 减 少 载 体排 水 体 积 ， 使
得 水下 滑翔 机器 人处在 负 浮力状 态 。水 下 滑翔机
定 的攻角 ， 再 利用 水 平 翼 产 生 的 升力 的纵 向分
多圆碟形水下滑翔机的双层协调三维路径规划
多圆碟形水下滑翔机的双层协调三维路径规划
王浩亮;卢丽宇;王丹;李文华;刘陆;王安青
【期刊名称】《控制理论与应用》
【年(卷),期】2022(39)11
【摘要】本文研究了欠驱动圆碟形水下滑翔机集群在海流干扰和水下碍航物影响下的三维路径规划问题.具体地:第一,根据圆碟形水下滑翔机的航行特点,建立了相应的航行时间模型,设计了三维路径规划的优化目标;第二,提出了一种基于双层协调的多水下滑翔机三维路径规划结构,采用基于三维离散空间的全局路径规划和基于人工势场法的局部路径规划,避免了滑翔机与碍航物以及不同优先级的滑翔机之间发生碰撞;第三,基于双层协调路径规划结构,采用基于量子行为的自适应粒子群优化方法完成了时间最优目标下多圆碟形水下滑翔机的三维路径规划.仿真结果验证了所提多圆碟形水下滑翔机三维路径规划方法的有效性.
【总页数】8页(P2084-2091)
【作者】王浩亮;卢丽宇;王丹;李文华;刘陆;王安青
【作者单位】大连海事大学轮机工程学院;大连海事大学船舶电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析
2.基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化
3.圆碟形水下滑翔机运动仿真分析
4.基于参数化方法的圆碟形水下滑翔机结构轻量化设计
5.具有全向控制的水下碟形滑翔机自抗扰控制
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控 制 理 论 与 应 用
Control Theory & Applications
Vol. 29 No. 1 Jan. 2012
水下滑翔机垂直面运动优化控制
张少伟1,2 , 俞建成1 , 张艾群1
(1. 中国科学院 沈阳自动化所 机器人学国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110016; 2. 中国科学院 研究生院, 北京 100049)
2
水 下 滑 翔 机 工 作 原 理 (Underwater gliders motion theory)
针对sea-wing, 本文将滑翔机载体质量分为3个 部分: 调整滑翔机姿态的内置动质量块mmr 、 滑翔机 壳体静质量mrb 和浮力调节质量mb , 建立了如图1 所示的动坐标系e0 (e1 , e2 , e3 )和惯性坐标系E0 (i, j, k ). 质量块mmr 沿e1 方向的移动可改变滑翔机重心 在e1 轴上的位置, 从而改变滑翔机运动的俯仰角; 当mmr 绕e1 转动γ ◦ 时, 可以改变滑翔机重心在e2 轴 上的位置, 使滑翔机绕e1 横滚, 利用升力在E0 − ij 面 上的分量实现三维螺旋运动(本文暂不讨论); 通过 改变浮力块mb 的大小来实现滑翔机的下潜和上浮. 由于滑翔机稳态滑翔时绕e2 轴的力矩为0, 因此滑翔 机载体壳体静质量mrb 及其位置rrbx 确定了滑翔机 动质量块mmr 初始平衡位置rmrxinitial .
Optimal control for underwater gliders in the vertical plane
ZHANG Shao-wei1,2 , YU Jian-cheng1 , ZHANG Ai-qun1
(1. State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang Liaoning 110016, China; 2. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
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引 言 (Introduction)
水下滑翔机是一种依靠机翼水动力和净浮力驱 动、 将浮标和水下机器人技术结合的新概念水下机 器人. 水下滑翔机通过间歇性的改变自身的净浮力 和重心在垂直纵剖面的位置从而改变滑翔运动过程 中机翼受到的水动力, 借助机翼的升力实现在垂直 纵剖面的锯齿状运动; 通过重心位置在机翼面的侧 向偏移产生的横滚力矩实现机身的横滚, 从而使机 翼升力产生回转向心力分量实现滑翔机的三维螺旋 运动. 由于净浮力的改变和重心位置改变是间歇性 的, 因此滑翔机能耗非常小, 适用于长期、 大范围的 海洋环境监测. 1995年以来, 在美国海军研究局(ONR)的资助 下, 美国研制了Slocum[1] , Seaglider[2] 和Spray[3] 等以 电池或海洋温差为能源的水下滑翔机系统, 其续航 时间一般可达200∼300天, 航程达2000∼7000 km, 航
DOI：CNKI:44-1240/TP.20120227.1340.015 网络出版时间：2012-02-27 13:40 网络出版地址：/kcms/detail/44.1240.TP.20120227.1340.015.html
第 29 卷第 1 期 2012 年 1 月
收稿日期: 2010−12−05; 收修改稿日期: 2011−04−20. 基金项目: 国家“863”计划资助项目(2006AA092157); 机器人学国家重点实验室资助项目(RLZ200810); 中国科学院创新工程资助项目 (KZCX2–YW–JS205).
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控 制 理 论 与 应 用
第 29 卷
摘要: 水下滑翔机是一种依靠水动力和净浮力驱动的新型水下机器人. 本文分析了滑翔机在垂直面滑翔时, 浮力 变化和内置可动质量块位置变化对滑翔机运动状态的影响．针对滑翔机在潜浮切换时, 由于机翼受力不对称产生 的无升力现象而导致的切换过程不稳定的问题, 采用两点边值的优化控制方法, 规划了内置质量块的位量, 以消除 滑翔机在潜浮切换过程中各个时刻产生的不对称无升力现象．最后给出了滑翔机实际机械系统可接受的最优控制 方案. 仿真表明了这种优化方法的有效性. 关键词: 水下滑翔机; 切换控制; 最优控制. 中图分类号: TP24 文献标识码: A
Hale Waihona Puke Abstract: Underwater glider driven by net buoyancy and hydrodynamic forces is a new type of underwater vehicle. We investigate the variation of glider’s motion states in different net buoyancies and with different positions of inner movable mass. When a glider switches from diving downward to upward, the “stall”(loss of lift) phenomenon occurs asymmetrically on the glider’s wings. To eliminate this phenomenon, we use the Hamilton function in the two-point boundary problem model of switching to develop a program for manipulating the positions of inner movable mass to balance the asymmetrical stall phenomenon produced in any instance during the switching process. Finally, an optimal applicable control project is developed for controlling the glider’s actual mechanical system. Simulations validate the efficacy of the proposed optimal control method. Key words: underwater gliders; switching control; optimal control
转 动 惯 量, 并 建 立 了 半 物 理 的 实 验 平 台; 武 建 国 等[10, 11] 基于Fluent软件计算了混合驱动水下滑翔机 滑翔状态下机翼的水动力特性, 给出了最大升阻比 时对应的攻角, 分析并优化了在浅海区水下滑翔机 的航行效率. 马峥等[12] 分析了滑翔机的水动力特性 与能耗之间的关系, 为滑翔机的结构设计和优化提 供了条件. 胡志强等[13] 基于k -ε和k -ω 模型, 计算分析 了CR02水下机器人的水动力系数, 并用实际水池拖 曳实验验证了系数的可靠性. 吴利红等[14] 从水动力 特性出发对水下滑翔机主载体的线型、 升降翼和稳 定翼进行优化, 为滑翔机的运动控制提供了参考. 在滑翔机垂直面动力学模型与控制分析方面, 美国普林斯顿大学Leonard[15] 基于航天飞行器滑翔 的原理和模型建立水下滑翔机的动力学模型, 给出 了水动力在小攻角滑翔情况下的近似表示形式; 同 时, Leonard给出了滑翔机在垂直面稳定滑翔时净浮 力、 滑翔机重心位置和滑翔机运动状态之间的关系, 并基于线性二次最优控制(LQR)方法, 设计了滑翔 机在垂直面不同俯仰角下的切换控制方法. 葛晖 等[16] 基于广义的d’Alembert方程推到了变质心控制 的水下滑翔机动力学方程, 并进行了垂直面的弹道 仿真. 王延辉[17] 利用吉布斯–阿佩尔方程建立了水 下滑翔机的动力学模型, 分析了偏心质量块和平移 质量块的共同作用对滑翔机运动的影响, 并分析了 滑翔机三维空间运动和垂直剖面运动的特性. 水下滑翔机的切换控制主要包括下潜(或上浮) 状态下以不同俯仰角滑翔时的切换控制和从下潜到 上浮(或从上浮到下潜)过程中的切换控制. 对于从 稳定向下滑翔切换到稳定向上滑翔(即潜浮切换运 动)过程中, 实际中采用的切换方法是先减小净浮力 量以使滑翔机速度减为0, 随后通过移动内部动质量 块来调整滑翔机的俯仰角, 从而使滑翔机由向下运 动切换到向上运动, 最后改变净浮力, 使滑翔机以某 一速度稳态滑翔; Kraus等[18] 将最优控制引入到滑翔 机的潜浮切换运动过程中, 以浮力变化率和攻角变 化作为最优控制的目标, 将滑翔机的速度、 攻角、 浮 力3个变化量作为状态量, 基于哈密尔顿函数方程建 立了一个离散的切换控制模型, 将潜浮切换运动转 换为两点边值问题求解, 减小了切换时间. 由于滑翔 机浮力变化范围和动质量块移动范围均较小, 滑翔 机的切换控制策略主要是保证滑翔机切换运动的稳 定性, 并保证在切换过程中系统的状态在实际机械 系统结构允许的范围内, 因此对滑翔机锯齿形轨迹 的切换控制方法分析以及滑翔机的运动规划具有重 要意义. 本 文 介 绍 了 中 科 院 沈 阳 自 动 化 所 研 制 的seawing水下滑翔机的工程样机的机械结构和驱动模 式; 并给出了稳态滑翔时, 滑翔机运动状态和控制量
行速度约为0.25 m/s. 国内王延辉等[4] 设计了基于温 差驱动的水下滑翔机, 充分利用了海洋温差能, 并进 行了湖上实验, 取得良好效果; 赵伟等[5] 等设计了滑 翔机的浮力调节系统, 并分析了浮力调节泵的动态 性能, 通过内置压力传感器准确控制了浮力质量; 曾 庆礼等[6] 从做功的角度规划了滑翔机的最佳路径, 并设计出了新型的高速、 高效水下滑翔机; 程雪梅 等[7] 介绍了国内外滑翔机研究成果与现状, 并探讨 了滑翔机在机械结构设计、 浮力精确控制等方面的 关键技术. 在水动力计算方面, Tang[8] 设计了无缆水下机器 人的水动力计算方法, 并采用CFD软件计算了无缆 水下机器人在垂直面不同攻角和俯仰角情况下受 到的水动力, 并将拟合的水动力系数和实际的试验 作以对比, 验证了拟合结果的有效性; Geisbert[9] 采 用USAERO软件计算了滑翔机的附加质量和附加