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原文传递超空泡航行体双通道控制研究

论文题名：	超空泡航行体双通道控制研究
关键词：	超空泡航行体;非线性模型;双通道控制;数学模型
摘要：	对于传统的水下航行体来说，它的航行速度因为其所受到的表面摩擦阻力而造成了低航速的结果。然而，设计一种前端安装有空化器的航行体是有可能的，空化器能够产生和维持包裹航行体的空泡，这种技术叫做超空化技术。超空化技术的产生使人们看到了物体能在水下高速航行的希望，它极大的减小了作用在航行体表面的摩擦阻力。此时的水下航行体被称为超空泡航行体，与普通的水下物体的40m/s的航速相比它的速度能到达300m/s以上。尽管空泡的产生实现了航行体的高速航行，但是同时也带来了一些问题。譬如：由于航行体的流体动力特性受到影响使得航行体的建模变得更复杂，进而给超空泡航行体的控制带来了严峻的挑战。本论文对在处于完全空化状态下的航行体进行受力分析，建立航行体的六自由度数学模型，并对超空泡航行体进行控制研究。主要工作如下：　　首先，对研究本论文的背景、目的和意义作简单介绍，论述分析国内外关于超空化技术、超空泡航行体以及超空泡航行体的控制策略的研究现状。基于现有的相关文献和超空泡基本理论，详细分析两种常用的空泡模型。为了实现本文的研究目的，采用安装有两个自由度空化器和尾舵的超空泡航行体的配置方案。根据航行体的配置方案，在适当的坐标系上，研究航行体的动力学特性，在流体动力学、刚体动力学和牛顿定律的基础上，完成航行体的建模。　　然后，进行超空泡航行体的纵向通道控制研究。在一些假设条件下，对航行体的六自由度模型进行分解，建立超空泡航行体纵向通道的数学模型。并对模型进行开环仿真分析。由于模型具有非线性特性，采用动态逆的思想对模型进行处理之后，设计纵向通道的最优控制器，实现对超空泡航行体的深度控制。　　最后，进行超空泡航行体的水平通道控制研究。在相关的模型简化条件下，实现模型的简化处理。假设航行体在水平面内运动时不影响其在纵平面内的运动，忽略横滚运动或假设横滚运动能够得到很好的控制，建立超空泡航行体的无横滚水平通道的数学模型。并对水平模型进行开环仿真分析。考虑到模型具有非线性特性，采用精确反馈线性化法对模型线性化处理之后，采用变结构控制理论对侧向位移进行控制，并提出利用此理论对其航向进行控制。实现航行体的侧移和偏航控制。
作者：	赵丹
专业：	控制理论与控制工程
导师：	孟浩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文