水下航行器运动控制仿真：六自由度模型与PID算法应用

本文主要探讨了动力学模型在Zernike正交矩下的亚像素边缘检测应用于水下航行器运动控制仿真中的应用。首先，文章从运动学角度出发，定义了潜艇相对于固定坐标系的三个姿态角：横倾角φ、纵倾角θ和首向角ψ，以及它们之间的坐标转换关系。姿态角的正负规定为顺时针旋转为正，这对于理解航行器的姿态变化至关重要。 动力学部分，通过动量定理，阐述了水下航行器（如潜艇）的动量与质量m和质心速度GV的关系，外力F对其运动的影响。这些外力包括重力、浮力、艇体水动力、舵力和螺旋桨力等。作者利用标准潜艇六自由度运动方程为基础，构建了水下航行器的仿真模型，旨在预测其运动控制性能。 通过实际的水池拖曳实验获取水动力系数，并在MATLAB模拟平台上进行精细的运动仿真。仿真过程中，针对实际操舵工况，提出了基于一阶滤波PID算法的控制策略，该算法主要用于实现航行器的定向、定深和空间运动的精确控制。仿真结果展示了航行器的良好操控性能，包括快速响应基本操纵指令、稳定的定位能力。 本文的研究对于预估和优化水下航行器的运动控制有着重要意义，可以作为智能控制系统的设计和测试平台。研究者戴君锐、向先波和于曹阳还分享了他们的研究背景和合作情况，包括戴君锐的硕士研究生身份以及向先波副教授在水下航行器控制技术方面的研究专长。 关键词：水下航行器、六自由度运动模型、运动控制、仿真。该领域的研究有助于推动水下无人系统的发展，提高其在军事、科研和环境探测等领域的应用效能。