原文传递
水下高速航行体深度控制及半实物仿真技术研究
| 论文题名： | 水下高速航行体深度控制及半实物仿真技术研究 |
| 关键词： | 水下高速航行体;深度控制;半实物仿真;模糊控制;参数自适应 |
| 摘要： | 超空化技术的发展为水中航行体的提速提供了一条崭新的途径。水下高速航行体航行过程中在自身产生的空泡作用下与水分离，使阻力大大减小，从而使航行体具有了超高航速。由于水下高速航行体具有的速度快、航程远、隐蔽性好等优点，世界各大军事强国均投入巨资进行相关理论与实验研究。控制系统设计对水下高速航行体的运动至关重要，控制算法的优劣、空化器舵机响应等技术难题都会严重影响航行体运动的稳定性。本文在对水下高速航行体纵向运动建模的基础上，通过不同控制算法设计，对半实物仿真技术与空化器舵机选型进行了研究。 首先，对水下高速航行体的研究背景和意义，特别是水下高速航行体纵向控制策略及舵机控制特性做了简要介绍。在此基础上完成了水下高速航行体半实物仿真系统搭建，重点分析了空化器舵机的工作原理、机械结构及角度采集。 其次，对水下高速航行体各部件分析后提出了本文的航行体配置方案，分析了航行体运动过程中的各种受力，重点分析了航行体尾部平面力的变化规律，基于超空泡相关理论和刚体运动学理论建立了水下高速航行体的非线性运动学模型和动力学模型，根据小扰动线性化理论及一些假设得到了单自由度空化器无尾舵配置的航行体纵向运动简化方程。对模型可控性、可观性及稳定性的进一步分析得到了航行体的控制特性。 再次，在航行体纵向运动模型的基础上对水下高速航行体定深控制器进行了分析与设计，通过对多种控制规律的控制精度及传感器测量难易程度对比，最终确定了使用深度、俯仰角和俯仰角速率反馈的定深控制规律。在此控制律的基础上结合模糊控制适应性强、非线性好的优点，利用航行体的深度偏差、俯仰角偏差和俯仰角速率设计模糊控制规则对其控制参数进行实时整定，形成的基于模糊控制的参数自整定定深控制器改善航行体的控制系统性能。仿真结果表明基于模糊控制的参数自整定定深控制器提高了系统的控制精度，并且减弱了各状态变量的震荡幅度。 最后，空化器舵机直线运动实验验证了在单个控制周期舵机直线运动距离的有限性。针对航行体空化器舵机控制周期短而导致的空化器舵机直线运动最大距离的限制，设计了一种参数自适应控制器。数字仿真及半实物仿真均表明参数自适应控制能够提高航行体深度控制精度，有效控制俯仰姿态，并且单个控制周期空化器舵机的直线运动距离均在最大距离以内。通过半实物仿真对水下高速航行体空化器舵机的选型进行了分析。 |
| 作者： | 孔鲁 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
