《可變翼混合驅動水下滑翔機動力學行為與控制方法研究》是依託天津大學，由王延輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可變翼混合驅動水下滑翔機動力學行為與控制方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王延輝
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水下滑翔機依靠浮力變化進行驅動，是當前海洋監測領域廣泛套用的新型水下航行器。但隨著其套用深入，速度低、運動形式單一、易受環境干擾等問題也逐漸顯露，限制了其進一步發展。加裝螺旋槳推進的混合驅動水下滑翔機能夠有效彌補以上不足，而機翼可變的設計方式則可充分融合浮力調節和螺旋槳驅動兩者的優勢。為此，本項目提出可變翼的混合驅動水下滑翔機，在增加尾部螺旋槳推進的同時，將現有滑翔機的固定機翼改為可變機構，通過機構調節，帶動滑翔翼變形。本項目通過動力學建模，獲得混合驅動滑翔機主要設計參數與動力學性能的關係，並根據具體需求，進行最佳化設計；同時考慮機翼變形和機體腐蝕等造成的模型和參數不確定性、以及洋流等複雜環境干擾，設計魯棒控制器，使其能夠根據滑翔機的不同運動速度和實際複雜環境，通過變翼調節，與不同運動模式匹配，達到較好的運動性能。研究成果可指導混合驅動水下滑翔機的設計開發過程，為其工程套用奠定基礎。
結題摘要
水下滑翔機是一種新型的海洋機電裝備，是當前國際上海洋大範圍、長時續、精細化觀測的先進水下機器人系統。其在海洋安全保障和海洋科學研究領域都發揮著重要作用。本項目針對當前主流型號水下滑翔機存在的運動速度慢、運動形式單一、機動性較弱、易受環境干擾等問題，提出了螺旋槳推進與滑翔機浮力調節相結合的新型混合驅動水下滑翔機設計方案。項目通過機構分析、動力學建模與運動控制策略研究，以實現上述多種驅動方式的有效融合為目標，結合可控的變形機翼，進行了總體最佳化設計，並研製了樣機系統。研究使得混合驅動水下滑翔機能夠在不同速度需求下，調節機翼形狀，達到最佳化的運動性能，為混合驅動的新型水下機器人設計和套用提供了理論指導。項目取得主要成果如下： （1）從系統設計角度，將水下滑翔機浮力驅動方式和螺旋槳推進方式相結合，實現了混合驅動滑翔機系統設計；改變傳統固定翼設計模式，提出可變翼機構的構型綜合方法；並設計得到多種新型可變翼機構，使其能夠根據滑翔機的工作狀態、運動速度和外在環境調節翼形，整機系統達到良好運動性能。 （2）在動力學建模方面，浮力與螺旋槳驅動方式融合，使滑翔機具有多種運動模式，而機翼變形則以水動力參數形式與動力學模型直接耦合。項目推導獲得了包含混合驅動、內部重心調節、以及變形機翼等多種特徵的動力學模型，仿真預報了其特有運動模式和運動性能，並獲取了設計參數與運動性能之間的關係。 （3）針對可變翼混合驅動水下滑翔機，設計了能夠在較大參數不確定和複雜環境干擾下的魯棒控制器，實現了混合驅動水下滑翔機的可變機翼與姿態調節相融合的運動控制。 （4）研製了多種可變翼機構樣機，提出獨立浸水艙段等安裝布局方式，對混合驅動滑翔機進行了自由滑翔、定深航行、動力滑翔、轉向及螺旋運動的水域測試，驗證了動力學模型及航向控制策略的有效性，證明了可變翼混合驅動水下滑翔機的性能優勢。
