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面向水下定点探测的水下滑翔机控制参数优化

2022-08-22分类号:P715;TP242

【作者】吴青建  吴宏宇  江智宏  杨运强  阎绍泽  谭莉杰  
【部门】中国地质大学(北京)工程技术学院  清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室  
【摘要】水下滑翔机依靠净浮力和姿态调节即可实现空间运动,是一种新兴的海洋探测机器人。该文面向水下定点探测任务,开展滑翔机控制参数优化方法的研究。首先,以典型水下滑翔机为研究对象,建立了整机动力学模型,同时建立了滑翔机下潜运动的能耗模型。在此基础上,利用动力学仿真获取样本点,采用四阶多项式建立了以控制参数为输入,以滑翔机到达目标深度的能耗、运动时间和水平位移为输出的代理模型。之后,将控制参数作为优化设计变量,以最小化能耗和运动时间为优化目标,利用水平位移构造约束条件,建立优化数学模型。采用代理模型参与优化迭代计算,确保优化计算效率。最后,利用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)求解上述优化问题,得到控制参数的Pareto最优解集。数值算例证明了所提出方法的正确性,可用于指导实际探测任务的控制参数配置。
【关键词】水下滑翔机  动力学分析  水下定点探测  代理模型  控制参数优化
【基金】国家自然科学基金面上项目(12172188)
【所属期刊栏目】清华大学学报(自然科学版)
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