形狀記憶合金驅動的水下滑翔機運動控制研究.pdf

1、水下滑翔機是為了滿足當前海洋環(huán)境監(jiān)測與測量的需要，將浮標技術與水下機器人技術相結合而研制的一種新型水下航行器。作為大深度、大范圍內運動的水下觀測平臺，它具有極高的科技附加值。它主要由浮力調節(jié)機構，重心調節(jié)機構配合側翼來實現(xiàn)完整的運動姿態(tài)調整。以自身浮力作為航行動力，沒有外掛螺旋槳推進系統(tǒng)，它通過浮力調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)地調節(jié)載體自身浮力，實現(xiàn)載體正浮力與負浮力之間的狀態(tài)轉換，為載體提供上浮和下潛動力。通過調整載體內部的質量分布，從而改變載體重心

2、與浮心的相對位置，以產生橫滾力矩和俯仰力矩，實現(xiàn)載體回轉和俯仰運動。因此，設計出高性能的浮力調節(jié)機構和姿態(tài)調節(jié)機構是水下滑翔機設計的關鍵。形狀記憶合金（SMA）作為一種新型的智能材料具有結構簡單，易控制，無噪聲等優(yōu)點。本研究擬采用SMA作為驅動材料，設計制造新型的浮力調節(jié)機構和姿態(tài)調節(jié)機構，并對水下滑翔機的控制方法進行研究。本文共分為六章，各章的主要內容如下：
　　第一章，闡述了本文所研究的背景和意義，綜述水下滑翔機的國內外研究現(xiàn)

3、狀，并介紹了形狀記憶合金的材料特性以及本課題所要重點解決的研究難點，引出本文的研究內容。
　　第二章，水下滑翔機的整體構架研究，闡述了水下滑翔機的運動機理，對滑翔機的低阻力外殼進行系統(tǒng)設計。然后討論滑翔機在水中運行時的能量變化以及受力情況，建立數(shù)學模型討論滑翔機各參數(shù)之間的聯(lián)系，最后針對所設計的滑翔機進行matlab仿真，得出滑翔機運動時的航行角盡量小于65度，絕對不能讓重心位移達到臨界位置。
　　第三章，對水下滑翔機姿態(tài)調

4、節(jié)系統(tǒng)進行研究，首先介紹了傳統(tǒng)的姿態(tài)調節(jié)方式所存在的缺陷和使用局限性，從而提出本文所要設計的形狀記憶合金驅動的姿態(tài)調節(jié)系統(tǒng)。根據(jù)姿態(tài)調節(jié)系統(tǒng)的結構圖闡述其工作原理，并對其進行數(shù)學建模，用matlab編程得到仿真圖。最后通過實驗證明合金絲是驅動姿態(tài)調節(jié)系統(tǒng)的最佳材料，并且能實現(xiàn)預期的姿態(tài)調節(jié)效果。
　　第四章，對水下滑翔機浮力調節(jié)機構進行了研究，首先對傳統(tǒng)的浮力調節(jié)方式進行闡述，分析其優(yōu)缺點。在此基礎上提出自己設計的水下滑翔機浮力調