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水下高速航行体的切换控制技术研究
| 论文题名： | 水下高速航行体的切换控制技术研究 |
| 关键词： | 水下航行器;高速航行;超空化技术;流体力学 |
| 摘要： | 超空化技术是一种革命性的减阻技术，由于空泡的近似完全包裹，使得航行体丧失了绝大部分浮力，极大的减小了航行体与水的接触面积，进而可以有效的提高航行体在水中的航行速度。由于超空化减阻技术的优良特性，可以使得水下武器具有较高的速度和较远的射程，因此世界各大强国均纷纷对超空化技术和水下高速航行体进行研究。虽然超空化技术可以很大程度的提高航行体的速度，但由于空泡的包裹，会使得水下高速航行体的流体动力特性发生很大的变化，进而其动力学特性跟普通水下航行体有较大的差异，这给水下高速航行体的建模和控制增加了很大的难度。本文主要研究水下高速航行体的纵向平面，在对其进行受力分析的基础上，建立了纵向平面数学模型，并跟据航行体所受滑行力的非线性特性，将航行体的数学模型分成线性部分和非线性部分，针对两个模型分别设计控制器，再根据某种切换控制策略，让两个子控制器平滑稳定的切换，实现水下高速航行体的定深控制要求。 本文首先对水下高速航行体的研究背景和意义进行简要说明，介绍了水下高速航行体和切换控制的研究现状。接下来介绍了超空泡的基本理论，并对水下高速航行体进行受力分析，依据动力学原理建立了水下高速航行体的动力学方程，进而推出航行体的数学模型。然后，根据水下高速航行体数学模型的特点，将航行体的数学模型分成无滑行力的线性模型和有滑行力的非线性模型。针对线性模型，设计了极点配置状态反馈控制器。针对航行体的非线性模型，考虑系统存在的不确定因素和外界干扰，设计了变结构控制器，以实现航行体的深度控制要求。最后，针对两个不同的子控制器，应用了基于阈值切换的切换控制策略，让两个子控制器进行切换，实现深度控制。考虑航行体所受到的非线性滑行力，采用圆判据定理和绝对稳定条件，在系统中加入非线性激励来削弱系统非线性的切换控制策略。为了获得更好的物理实现性，满足平滑无扰的切换控制要求，应用了基于模糊规则的模糊切换控制方法，该方法能够满足平稳切换的控制要求，具有一定的物理实现性。 |
| 作者： | 张桐玥 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 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： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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