潜艇和深潜器的现代操纵理论与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业

作者:孙元泉等著

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-01-01

价格:23.0

装帧:

isbn号码:9787118023282

丛书系列:

图书标签:

• 潜艇
• 深潜器
• 操纵理论
• 现代控制
• 水下机器人
• 海洋工程
• 自动控制
• 导航
• 动力定位
• 系统建模

好的，下面是为您构思的一份关于《潜艇和深潜器的现代操纵理论与应用》的图书简介，旨在详细介绍该书可能涵盖的领域，同时避免提及您提供的书名，并保持自然、专业的语气。 --- 图书简介：海洋深处的技术前沿与控制策略 在人类探索和利用海洋的征程中，水下航行器——无论是用于军事威慑、科学考察还是资源开采的潜艇与深潜器——都扮演着至关重要的角色。它们在极端高压、低能见度和复杂水动力环境下的精准运动控制，不仅是工程学上的重大挑战，更是保障任务成功和人员安全的基石。 本书深入剖析了当前水下航行器（UUVs）和载人潜水器的现代操纵理论与实践，聚焦于如何实现这些复杂系统的精确导航、姿态控制和高效机动。全书系统地构建了一套从基础理论到前沿应用的知识框架，旨在为从事水下机器人、海洋工程、船舶控制系统研发的工程师、研究人员及高年级学生提供一份详实且具有前瞻性的参考指南。 第一部分：水下运动学与动力学基础 本部分首先奠定了理解水下航行器运动特性的理论基础。不同于大气中的飞行器，水下航行器受到的流体阻力、浮力、静水压力矩和惯性力的影响更为复杂和显著。我们详细阐述了描述水下器六自由度运动的经典欧拉方程及其在海洋环境下的修正模型。重点讨论了水动力导数（如推力导数、绕流导数）的精确估计方法，包括利用计算流体力学（CFD）仿真结果与实际水池试验数据的结合分析。此外，对不同推进器布局（如舵桨组合、矢量推力系统）在产生操纵力矩方面的特性差异进行了详尽的比较研究，为后续的控制律设计提供精确的物理模型输入。 第二部分：现代导航与定位技术 在水下环境中，全球定位系统（GPS）信号的失效使得精确导航成为一项核心难题。本书投入大量篇幅介绍当前主流的水下相对定位与绝对定位技术。我们探讨了惯性导航系统（INS）的误差累积模型及其与水声定位系统（如长基线LBL、超短基线USBL）的松耦合及紧耦合技术。特别地，本书深入研究了基于多传感器融合的同步定位与地图构建（SLAM）技术在水下环境中的适应性改进，包括利用视觉里程计（VO）、多普勒速度记录仪（DMR）以及地貌特征匹配技术，以期实现高精度的实时姿态和位置估计。对于深潜器而言，耐受高压传感器环境下的数据质量保障机制也被纳入考量。 第三部分：先进控制系统设计与实现 这是本书的核心内容，集中于如何利用先进的控制理论来实现对水下航行器的精确、鲁棒控制。我们从经典的PID控制结构出发，逐步过渡到更复杂的现代控制方法。书中详细介绍了滑模控制（SMC）在应对水下系统非线性和外部扰动（如海流、波浪冲击）方面的优势及设计细节，特别是有限时间收敛滑模观测器的构建。同时，非线性动力学控制方法，如反馈线性化和回退法，在高速、高机动性潜艇的航向保持和深度控制中的应用被详尽阐述。针对深潜器在进行精确对接、水下采样等对精度要求极高的作业场景，本书还引入了基于模型预测控制（MPC）的框架，利用对未来系统动态的预测能力，优化操纵面偏角和推进器功率分配，以最小化作业误差。 第四部分：特殊操纵工况与应用案例 本部分将理论知识应用于特定的、具有挑战性的实际工况。首先，对“悬停”与“定深”的精确控制进行了专门的探讨，分析了在上升和下降过程中，浮力与水动力升力如何协同作用以维持零速度状态。其次，本书分析了复杂水流环境下的鲁棒操纵策略，包括如何利用实时估计的海流速度矢量来补偿控制输入。在应用层面，书中收录了多组详细的案例研究，涉及： 1. 高速机动中的稳定性边界分析： 评估潜艇在高速下进行大角度转向时的失稳临界点及控制系统的响应特性。 2. 深潜器的定点作业控制： 探讨了在数千米水深下，如何利用微小推力控制系统实现对目标结构物（如井口、热液喷口）的稳定接近与对接。 3. 集群协作操纵： 初步探讨了多自主水下航行器（AUVs）网络化控制和任务分配的初步理论框架，侧重于如何保持集群的几何构型和信息同步。 结论与展望 本书最后总结了当前水下操纵技术面临的瓶颈，如模型不确定性对高精度控制的影响、能源效率的优化以及人机交互界面的直观性提升。我们展望了人工智能（AI）和机器学习技术在未来水下操纵系统中的潜在作用，尤其是在自适应模型辨识和异常工况下的决策制定方面的应用前景。 本书内容深度适宜，理论推导严谨，结合大量的工程实例和仿真验证结果，是水下运载器设计、操纵系统集成与调试领域不可或缺的专业参考书。

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这份厚重的文本，坦白说，读起来像是在啃一块结构复杂的硬骨头，但每一口都充满了专业知识的营养。我特别欣赏它对“人机交互界面设计”这块的关注，这往往是很多偏向机械和流体力学的书籍所忽略的盲区。作者没有止步于传统的压力表和深度计展示，而是引入了最新的增强现实（AR）辅助驾驶的概念，探讨了如何利用三维环境建模来降低深潜作业中的认知负荷。书中有一段分析了在能见度极低的情况下，操作员如何依赖触觉反馈而非视觉输入来判断外部结构负载变化的案例，这极具启发性。对于我们这些从事水下机器人研发的工程师而言，这本书提供的不仅仅是理论支撑，更是一套完备的“操作哲学”。它不仅仅告诉你如何让潜器动起来，更重要的是告诉你，在极端压力和时间限制下，如何让**人**能更高效、更安全地控制它。整体来看，这本书的深度足以作为研究生教材，其严谨性不容置疑。

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好的，这是一份以读者口吻撰写的，关于一本假想的“潜艇和深潜器的现代操纵理论与应用”的书籍的五段独立评价，每段约300字，风格迥异： --- 这本书简直是为我这种对海洋深处怀有无限好奇的业余爱好者量身定做的！我原本以为这类技术性著作都会充斥着晦涩难懂的公式和冷冰冰的参数图表，但作者显然花了不少心思去构建一个引人入胜的叙事框架。初读时，我本想找找关于经典阿基米德原理的复习，结果却被它对新型浮力控制系统动态响应的精妙解析所吸引。特别是关于高精度深度保持与姿态修正的章节，它没有简单地罗列控制器的类型，而是深入探讨了在复杂水文环境（比如存在强烈剪切流或热跃层时）如何通过多变量PID的自适应调整来实现毫秒级的稳定，这一点远超出了我从其他科普读物中获取的知识深度。书中对实时声呐数据融合进导航系统的论述尤其精彩，它清晰地描绘了如何将模糊的声场信息转化为可操作的航向修正指令，让我感觉仿佛真的坐在控制台前，指挥着一艘巨型潜航器穿梭于幽暗的海底峡谷之中。这本书的价值在于，它将艰深的控制工程理论，巧妙地嫁接到了潜水器实战应用的脉络之中，使得每一个技术细节都变得有迹可循、有血有肉。

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这本书的行文风格，怎么说呢，非常“工程师导向”，直接、务实，不拐弯抹角。如果你期待的是那种优美的散文式描述，那可能会失望。它更像是一本技术手册的升级版。我最喜欢它在不同章节之间建立的逻辑联系。例如，在讲解了瞬时矢量推力器的响应时间后，它立刻引用了另一章节中关于紧急上浮程序中对反应速度的最低要求，使得理论的推导和实际的限制形成了完美的闭环。我尤其关注了书中对非线性建模的讨论，特别是如何用混沌理论的某些特性来模拟水下高速机动时的不可预测性，并据此设计出“非传统”的稳定控制器。虽然有些公式推导部分我需要反复对照参考资料才能完全理解，但这种挑战性正是它宝贵之处。它强迫读者跳出舒适区，去正视海洋环境的复杂性。对于资深海洋工程师来说，这本书不是让你学新知识，而是让你重新审视并固化你已有的认知框架。

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我拿到这本书时，原本期望能看到更多关于经典柴油机-电力混合推进系统的演变历史，毕竟那是潜艇发展史上的一个重要里程碑。然而，这本书的重点明显更偏向于核动力和纯电动驱动平台在近十年内的突破。这一点让我略感意外，但也收获了意想不到的知识点。它对永磁同步电机在水下推进中的效率优化模型进行了细致的分解，尤其是关于低速巡航时扭矩脉动的抑制方法，展示了当前工业界最前沿的解决思路。更令人称道的是，它加入了大量的国际标准对比，比如对不同国家潜器噪音抑制规范的解读，这对于我们进行国际合作项目时至关重要。虽然我个人的研究方向略微偏离了核心的操纵控制回路，但书中关于“信号完整性在强电磁干扰环境下的保障措施”这一节，为我解决现有设备抗干扰性差的问题提供了全新的视角。这本书的覆盖面很广，展现了作者对整个水下航行器领域深厚的积累。

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从一个仅仅对水下摄影和浅层潜水有兴趣的普通读者角度来看，这本书的入门门槛实在有些高，但其中穿插的某些关于安全性的讨论却意外地触动了我。我本以为会看到很多关于如何躲避声呐的“谍战”内容，结果更多的是关于“如何在结构疲劳达到临界点时，通过微调航向角来延长平台使用寿命”的实在学问。它揭示了支撑深海探索的，其实是无数个极度保守且冗余的安全设计。书中对于深潜器在海底沉积物附近进行低速作业时的“地面效应”如何影响升力计算，以及如何通过反向推力补偿这一现象，这一部分描述得尤其细致入微。它让我明白了，每一次成功的深潜作业背后，都有着对物理定律近乎苛刻的尊重和应用。这本书用冰冷的数据和严谨的计算，阐述了一个温暖的主题：对生命的敬畏和对未知深渊的谨慎探索。

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