目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 海洋機(jī)器人概念 1
1.2 海洋機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 國內(nèi)外自主水下機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 國內(nèi)外無人水面機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 7
1.3 海洋機(jī)器人操縱性概述 12
1.3.1 操縱性的含義 12
1.3.2 操縱性的研究目的及方法 13
第2章 海洋機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 15
2.1 預(yù)備知識 15
2.1.1 向量絕對改變和相對改變的關(guān)系 15
2.1.2 質(zhì)點(diǎn)的線速度和加速度 16
2.2 坐標(biāo)系及主要參數(shù) 18
2.2.1 坐標(biāo)系及符號規(guī)定 18
2.2.2 空間運(yùn)動(dòng)假設(shè)、平面運(yùn)動(dòng)假設(shè)和剛體假設(shè) 19
2.2.3 水平面運(yùn)動(dòng)和垂直面運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系及主要參數(shù) 20
2.3 空間運(yùn)動(dòng)受力分析 26
2.3.1 靜力 26
2.3.2 流體動(dòng)力 27
2.3.3 舵力 27
2.3.4 推進(jìn)器推力 27
2.4 空間動(dòng)力學(xué)模型 28
2.4.1 空間動(dòng)力學(xué)模型概述 28
2.4.2 水平面和垂直面動(dòng)力學(xué)模型 29
第3章 海洋機(jī)器人水動(dòng)力系數(shù) 30
3.1 預(yù)備知識 30
3.1.1 泰勒展開 30
3.1.2 附加質(zhì)量 30
3.2 流體動(dòng)力學(xué)概述 32
3.2.1 緩慢運(yùn)動(dòng)假設(shè) 32
3.2.2 流體動(dòng)力一般表達(dá)式 32
3.2.3 六自由度空間運(yùn)動(dòng)方程 34
3.3 慣性類水動(dòng)力特性分析 36
3.3.1 作用于艇體的慣性類水動(dòng)力 36
3.3.2 附加質(zhì)量與加速度系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系 38
3.4 黏性類水動(dòng)力系數(shù) 39
3.4.1 水平面黏性類水動(dòng)力系數(shù) 40
3.4.2 垂直面黏性類水動(dòng)力系數(shù) 42
3.4.3 舵角系數(shù) 44
3.4.4 黏性類水動(dòng)力系數(shù)的符號和意義 44
3.4.5 空間運(yùn)動(dòng)中的黏性類水動(dòng)力系數(shù) 45
3.5 水動(dòng)力系數(shù)的獲取 46
3.5.1 斜航試驗(yàn) 46
3.5.2 旋臂試驗(yàn) 48
3.5.3 平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)試驗(yàn) 49
3.5.4 基于CFD的拘束船模試驗(yàn)水動(dòng)力系數(shù)測量方法 54
第4章 海洋機(jī)器人操縱裝置及控制力分配 57
4.1 海洋機(jī)器人操縱裝置概述 57
4.1.1 以推進(jìn)器為主的海洋機(jī)器人操縱裝置 57
4.1.2 以舵翼操縱裝置為主的海洋機(jī)器人操縱裝置 64
4.2 海洋機(jī)器人操縱裝置的控制 69
4.2.1 螺旋槳推進(jìn)器的控制 69
4.2.2 操縱面的控制 86
4.3 海洋機(jī)器人的控制力分配 91
4.3.1 舵槳聯(lián)合操縱海洋機(jī)器人的控制力分配 91
4.3.2 多推進(jìn)器操縱海洋機(jī)器人的控制力分配 95
第5章 海洋機(jī)器人操縱性分析 99
5.1 預(yù)備知識 99
5.1.1 運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般概念 99
5.1.2 運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一般知識 101
5.2 垂直面直航穩(wěn)定性 105
5.2.1 靜穩(wěn)定性 105
5.2.2 動(dòng)穩(wěn)定性 106
5.3 水平面直航穩(wěn)定性 112
5.3.1 靜穩(wěn)定性 112
5.3.2 動(dòng)穩(wěn)定性 113
5.4 定常回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 116
5.5 水平面操縱性分析 119
5.5.1 水平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 119
5.5.2 Z形操縱機(jī)動(dòng) 129
5.6 垂直面操縱性分析 133
5.6.1 等速直線定深運(yùn)動(dòng) 133
5.6.2 定常直線潛浮運(yùn)動(dòng) 138
5.7 空間定常螺旋運(yùn)動(dòng)操縱性分析 140
第6章 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器及其數(shù)據(jù)處理 142
6.1 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制信息 142
6.1.1 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息 143
6.1.2 環(huán)境感知信息 147
6.2 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器 149
6.2.1 聲學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器 150
6.2.2 非聲學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器 152
6.3 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理方法 158
6.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理的主要技術(shù) 158
6.3.2 常用數(shù)據(jù)野值剔除算法 158
6.3.3 常用數(shù)據(jù)平滑處理算法 164
6.4 海洋機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)融合方法 170
6.4.1 數(shù)據(jù)融合基本原理 170
6.4.2 卡爾曼濾波基本原理 171
第7章 海洋機(jī)器人操縱控制建模與分析 174
7.1 全驅(qū)動(dòng)水面機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型 174
7.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)換 174
7.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 176
7.1.3 動(dòng)力學(xué)模型 176
7.2 欠驅(qū)動(dòng)水面機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型 186
7.3 全驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型 186
7.3.1 基于歐拉角的六自由度非線性數(shù)學(xué)模型 187
7.3.2 基于旋轉(zhuǎn)矩陣的六自由度非線性數(shù)學(xué)模型 188
7.4 欠驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型 190
第8章 海洋機(jī)器人軌跡跟蹤控制技術(shù) 192
8.1 考慮輸入飽和約束下的水面機(jī)器人自適應(yīng)軌跡跟蹤控制 192
8.1.1 基礎(chǔ)知識 192
8.1.2 控制器設(shè)計(jì) 194
8.1.3 穩(wěn)定性分析 199
8.1.4 水面機(jī)器人飽和控制算法仿真驗(yàn)證 201
8.2 基于性能預(yù)設(shè)的水下機(jī)器人軌跡跟蹤控制 208
8.2.1 基礎(chǔ)知識 208
8.2.2 控制器設(shè)計(jì) 210
8.2.3 穩(wěn)定性分析 213
8.2.4 預(yù)設(shè)性能控制算法仿真驗(yàn)證 216
參考文獻(xiàn) 223