水下自主航行器(AUV)建模仿真探究

水下自主航行器(AUV)建模仿真探究 　　【摘要】本文对鱼雷形状的水下自主航行器的六自由度非线性动态模型的研制作了较为详细的介绍。该动态模型充分考虑了各方面的因素，其中包括静水力学，超重，流体力学，操舵、推进力和力矩等。此外模型还考虑了航行器动力学和环境的影响。

【关键词】水下自主航行器；建模；仿真研究

1.引言

水下自主航行体是一种重要的用于水下勘探的机器人，同时也是用于检测的精密仪器。其应用领域涵盖：科学研究(海洋学、地理学、地球物理学等)，环境保护(废弃垃圾处理监控，沼泽湿地监测等)，商业(石油与天然气勘查，海底管道铺设，港口监控等)和军事(水雷战，战场情报收集，智能武器等)。随着其水下应用的不断增多，AUV的开发需求越来越强烈。但是水下航行体的动力学是一个高度非线性的且各自由度之间是相互耦合的。本文介绍了水下自动航行体的动力学数学模型。AUV的仿真和运动方程的解算是系统设计与控制的基础，因此首先需要分析航行体在水下航行时受到的所有外力和力矩。其次要对各种力和力矩(惯性力，静水力，流体力，超重，推进力以及环境的影响等)的作用效果加以推导计算，最后求出各方程在特定条件下的数值解。由于动态仿真能在不扩展现有模型的前提下对给定系统的性能离线做出较为准确的评估，因此动态仿真已经成为AUV开发的强大工具。本软件用MATLAB SIMULINK和C++语言编写而成，并且利用三维图形界面显示实时数据。

2.AUV模型

水下航行体一般可认为是具有六自由度的刚体，其平动和转动方程可以依据牛顿定律建立。其六种不同的运动形式分别定义为：前后，左右，上下，横