张文清,邹佳运,张小川,韩梅,邹司宸

(1.海军潜艇学院,山东 青岛 266199;2.青岛海洋科学与技术国家试点实验室,山东 青岛 266237)

0 引言

随着国内外海洋科学技术的发展,利用水下滑翔机、自主水下航行器(AUV)等水下无人航行器进行海洋环境观测和海洋资源勘测,已成为大趋势[1-2]。在动力学结构和驱动机制方面,水下滑翔机与AUV存在很大不同。AUV一般利用前向或侧向推进器进行速度调节,利用舵来控制航向[3];但水下滑翔机一般没有螺旋桨推进器和舵,只能通过平台内部的质量块调节系统来控制重心位置,从而实现俯仰角和横滚角的调节,结合浮力调节实现水下滑翔机的航向调整。水下滑翔机航向和姿态调整是内部质量块调节系统和浮力调节系统耦合作用产生的运动[4],其实质是利用了变质心矩控制方法。变质心矩控制方法的核心[5]是通过改变航行器中心来改变动力矩和本体的重心位置,进而实现对航行器姿态的调整,完成运动机动。随着变质心矩控制技术的不断发展,其应用领域也在不断扩大,对于水下航行器的控制也逐渐引入了变质心思想。普林斯顿大学Graver对水下航行器变质心控制进行了系统研究,建立了基于牛顿力学方法的水下航行器运动模型,并通过实验完成了航行器的参数辨识,设计了相应的控制系统,完成了上浮、下沉以及航向改变的有效控制。在航行器的控制策略研究方面,胡坤等[6]根据无人水下航行器(UUV)操纵控制过程的特点,设计了一种基于遗传算法的UUV深度自抗扰控制器,并对其在无外界干扰和近水面航行受波浪力干扰两种情况下的深度控制进行了仿真。……