机械工程学报

作者：吴宏宇, 牛文栋, 张玉玲, 王树新, 阎绍泽

单位：1. 清华大学机械工程系 北京 100084;2. 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室 北京 100084;3. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 300072

关键词：水下滑翔机,动力学分析,能耗模型,路径规划,遗传算法；

基金：国家自然科学基金(12172188)和清华大学水木学者计划(2022SM018)资助项目。

作为一种有前途的海洋现象自主观测平台，水下滑翔机通过调节自身净浮力和姿态实现空间运动。由于低能耗的驱动方式，水下滑翔机非常适合执行长期海洋探测任务。针对水下滑翔机的多点探测任务，本文提出一种能耗最低路径的规划方法。首先，建立了滑翔机整机动力学模型，推导了单剖面滑翔运动能耗模型。基于仿真结果，采用多项式拟合方法确定了滑翔机的能耗、航程、控制参数值和目标下潜深度之间的近似函数表达式。在运动路径给定条件下，研究了滑翔机能耗与剖面数之间的关系。在此基础上，将多点探测任务的路径规划抽象为旅行商问题(Traveling salesman problem, TSP)，并基于遗传算法给出了该问题的求解方法。数值算例表明，该路径规划方法可有效降低滑翔机在执行多点探测任务时所需能耗。

来源：2023年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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