波浪驱动水面机器人

目录 丛书前言一 丛书前言二 前言 1 绪论 1 1.1 海洋能简介 1 1.1.1 波浪能 1 1.1.2 太阳能 3 1.1.3 风能 4 1.1.4 海洋温差能 5 1.2 海洋能驱动海洋机器人发展现状 5 1.2.1 太阳能驱动海洋机器人 6 1.2.2 风能驱动水面机器人 7 1.2.3 海洋温差能驱动水下机器人 8 1.2.4 混合动力型海洋机器人 9 1.3 波浪驱动水面机器人研究进展 10 1.3.1 波浪驱动船发展现状 10 1.3.2 波浪驱动水面机器人研制现状 12 1.3.3 波浪驱动水面机器人研究展望 17 1.4 本书结构 18 参考文献 18 2 波浪驱动水面机器人的推进机理分析 22 2.1 波浪驱动水面机器人推进机理 22 2.1.1 波浪驱动水面机器人推进机理研究进展 23 2.1.2 水下仿生推进研究进展 25 2.2 计算流体力学概述 28 2.2.1 流体力学原理 28 2.2.2 计算流体力学方法 34 2.3 浮体完全响应假设下潜体水动力性能分析 36 2.3.1 潜体数值建模 36 2.3.2 单拍动水翼水动力性能 42 2.3.3 串列摆动水翼水动力性能 46 2.4 浮体和潜体运动耦合下推进水动力性能分析 53 2.4.1 波浪驱动水面机器人运动过程及受力分析 53 2.4.2 水动力计算原理与方法 54 2.4.3 推进水动力性能分析 59 2.5 水池试验研究 70 2.5.1 水池试验方案 70 2.5.2 水池试验与分析 72 2.5.3 试验与理论结果对比 77 2.6 本章小结 79 参考文献 80 3 波浪驱动水面机器人的总体设计 81 3.1 波浪驱动水面机器人的设计原理 81 3.1.1 设计目标 81 3.1.2 设计方法 82 3.1.3 设计程序 85 3.2 波浪驱动水面机器人的方案设计 87 3.2.1 总体方案设计 87 3.2.2 推进与操纵分系统设计 91 3.2.3 能源分系统设计 96 3.2.4 导航与通信分系统设计 104 3.2.5 控制与监控分系统设计 107 3.2.6 环境监测分系统设计 108 3.3 浮体阻力预报与船型优化 109 3.3.1 计算模型的建立 109 3.3.2 系列船型方案优化及性能评估 111 3.3.3 计算结果对比及优船型选择 117 3.4 本章小结 118 参考文献 118 4 波浪驱动水面机器人的运动建模与预报 120 4.1 波浪驱动水面机器人动力学建模研究进展 120 4.2 柔链张紧假设下运动建模与预报 124 4.2.1 运动学分析 124 4.2.2 动力学建模 129 4.2.3 模型系数计算 138 4.2.4 海浪与统计分析 141 4.2.5 运动仿真与分析 143 4.3 柔链可放松假设下运动建模与预报 165 4.3.1 柔链放松时浮体和潜体的动力学模型 166 4.3.2 切换过程中判断准则与状态传递 169 4.3.3 运动仿真与分析 172 4.4 艏向响应模型辨识与预报 178 4.4.1 运动数学建模 178 4.4.2 模型参数辨识方法 181 4.4.3 艏向响应模型参数辨识与分析 183 4.4.4 运动仿真与分析 185 4.5 基于环境参数的航速预测模型 187 4.5.1 线性航速预测模型 188 4.5.2 基于波浪模型的航速预测模型 192 4.6 本章小结 200 参考文献 200 5 波浪驱动水面机器人的运动控制 202 5.1 智能控制系统设计 202 5.1.1 控制系统体系结构概述 202 5.1.2 智能行为分析 206 5.1.3 控制系统结构设计 207 5.2 基于改进S 面方法的艏向控制 212 5.2.1 S 面控制器及其参数优化方法 212 5.2.2 基于舵角补偿的改进S 面控制方法 215 5.2.3 仿真试验与分析 217 5.3 基于艏向信息融合的航向控制 221 5.3.1 浮潜多体艏向动态耦合模型 221 5.3.2 偏移比例系数估计算法 223 5.3.3 艏向信息融合策略 224 5.3.4 潜体艏向控制方法 224 5.3.5 仿真试验与分析 225 5.4 基于航点制导的航迹跟踪 227 5.4.1 滤波方法 228 5.4.2 航点制导算法 229 5.4.3 改进航点制导算法 230 5.4.4 仿真试验与分析 233 5.5 实艇试验与分析 234 5.5.1 水池试验与分析 234 5.5.2 海上试验与分析 238 5.6 本章小结 243 参考文献 243 6波浪驱动水面机器人的应用分析 245 6.1 波浪驱动水面机器人的优势分析 245 6.1.1 典型移动观测平台的性能对比 245 6.1.2 波浪驱动水面机器人的主要优势 247 6.2 波浪驱动水面机器人的典型应用 249 6.2.1 科学研究 249 6.2.2 商业用途 250 6.2.3 军事应用 250 6.3 本章小结 251 参考文献 252 索引 253 彩图