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题名深海AUV无动力垂直下潜运动特性研究
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作者
王宁
谷海涛
高浩
冯萌萌
邢林
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机构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
中国科学院机器人与智能制造创新研究院
中国科学院大学
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出处
《舰船科学技术》
北大核心
2024年第6期104-111,共8页
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基金
“十三五”预研项目(2020107/2002)
机器人学国家重点实验室自主课题(2022-Z05)。
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文摘
深海AUV(自主水下机器人)采用无动力下潜方式能有效节约能源,但是水平或小纵倾角姿态下潜用时较长,水平偏移大。为提高下潜速度,减小下潜偏移距离,对AUV无动力垂直下潜过程进行研究。使用四元数代替欧拉角得到AUV运动方程,并加入洋流和浮力数学模型,通过Simulink仿真模块建立AUV垂直下潜运动仿真方法,解决垂直下潜产生的姿态角解算奇异性问题。通过设置不同仿真工况,得到AUV垂直下潜运动状态量受负浮力、重浮心距离、舵角、初始纵倾角及环境扰动力的作用规律。结果表明,AUV采用垂直下潜方式,可实现较大的下潜速度,同时减小水平偏移距离;洋流扰动是垂直下潜运动产生水平偏移的主要原因;下潜深度6000 m时,浮力变化扰动导致末端下潜速度减小30%,下潜时间增加21%。
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关键词
深海AUV
垂直下潜
运动仿真
四元数
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Keywords
deep-sea autonomous underwater vehicle
vertical diving
motion simulation
quaternion
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分类号
U674.941
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名大型深海AUV无动力螺旋下潜运动特性分析
被引量：2
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作者
高伟
张玮
谷海涛
孟令帅
高浩
赵志超
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机构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
中国科学院机器人与智能制造创新研究院
中国科学院大学
中国人民解放军海军研究院
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出处
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2022年第3期370-383,共14页
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基金
十三五装备预研项目(2020107/2002)。
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文摘
为了合理地设计大型深海自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV),针对其无动力螺旋下潜时的静力配置问题展开研究,重点分析其无动力螺旋下潜运动特性。首先,基于拉格朗日方程推导了大型深海AUV的动力学模型,并利用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)软件对其直航试验、斜航试验、悬臂水池试验和平面运动机构试验进行数值模拟,通过最小二乘线性回归法拟合得到了相应的水动力系数;同时通过对比给定推力条件下AUV的直航速度验证了动力学模型的有效性。然后,基于所构建的动力学模型,利用MATLAB/Simulink和S函数建立了大型深海AUV的六自由度运动仿真模型,分析了其净负浮力、重心纵向位移和稳心高度与无动力螺旋下潜稳态参数之间的关系。最后,设计了1∶10的大型深海AUV缩比样机,通过水池试验验证了动力学仿真结果的正确性。结果表明:净负浮力作为大型深海AUV下潜时的主要动力来源,决定了AUV的下潜速度和偏航角速度;净负浮力和重心纵向位移与稳心高度的比值越大,AUV的垂向下潜速度越快,下潜至6 000 m深度的用时越短;由于该AUV的体量较大,其纵倾角主要由重心纵向位移与稳心高度的比值决定,压载质量对重心位置和转动惯量的影响几乎可以忽略。研究结果可为大型深海AUV无动力螺旋下潜时的静力配置提供参考。
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关键词
大型深海自主水下航行器
动力学建模
无动力螺旋下潜
运动仿真
水池试验
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Keywords
large deep-sea autonomous underwater vehicle
dynamic modeling
unpowered spiral diving
motion simulation
pool test
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分类号
TP242.3
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名深海AUV下潜过程浮力变化研究
被引量：12
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作者
武建国
徐会希
刘健
王晓飞
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机构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
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出处
《机器人》
EI
CSCD
北大核心
2014年第4期455-460,共6页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51109205)
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文摘
由于深海AUV的潜深大,其下潜过程中温度、压力和盐度变化都较大,这些参数的变化会显著地造成下潜过程中的浮力的变化,从而极大地影响AUV航行性能.针对该问题,首先对影响浮力的主要因素进行了独立研究,得到了各因素和浮力变化之间的关系;然后将各因素的影响进行综合,并结合海上试验数据,得到了6000 m级AUV潜龙一号下潜深度和浮力变化的定量关系.研究结果表明:压力对浮力变化的影响最大,浮力随着压力增加呈线性增加;温度对浮力变化的影响(和初始下潜的水面温度有关)次之,且其关系是非线性的;盐度对浮力变化的影响最弱,且其对浮力变化的影响随着潜深的增加而减小.海上试验证明了分析结果的正确性,AUV配平效率得到有效提高.
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关键词
浮力变化
深海AUV
热膨胀
体积压缩
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Keywords
buoyancy change
deep-sea AUV （autonomous underwater vehicle）
thermal expansion
volume compression
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分类号
TP242.3
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名深海AUV无动力下潜运动特性研究
被引量：5
- 4
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作者
高伟
李天辰
谷海涛
姜志斌
孙原
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机构
中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室
中国科学院机器人与智能制造创新研究院
中国科学院大学
中国人民解放军
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出处
《机器人》
EI
CSCD
北大核心
2021年第6期674-683,共10页
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基金
十三五预研项目(2020107/2002).
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文摘
为探究深海AUV无动力下潜过程中的运动特性,提高下潜运动预报精度,本文考虑海流和浮力变化影响,基于AUV空间运动方程,建立了其稳态无动力下潜运动的仿真方法.通过改变控制输入参数,揭示了AUV各状态量与净负浮力、重心位置、舵角及海洋环境之间的变化规律.结果表明:海流和浮力变化会使AUV的运动状态作出相应调整,以适应流动情况变化,但运动姿态始终是稳定的;无动力螺旋下潜可大大改善AUV在水平面内的漂移距离;相同环境干扰下,AUV下潜速度越快,耗时越短,其漂移距离越小.
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关键词
无动力下潜
深海AUV(自主水下机器人)
运动仿真
海流
浮力变化
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Keywords
unpowered diving
deep-sea AUV(autonomous underwater vehicle)
motion simulation
ocean current
buoyancy change
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分类号
TP242.3
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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