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水下高速航行体控制系统半实物仿真技术研究
| 论文题名： | 水下高速航行体控制系统半实物仿真技术研究 |
| 关键词： | 水下高速航行体;滑模变结构;半实物仿真;数学模型 |
| 摘要： | 超空泡技术的应用使水下航行体航行速度实现质的飞跃，大幅度提高水下兵器的杀伤力，有着巨大的战略意义和应用价值。与常规的水下航行体不同，超空泡航行体表面大部分被空泡包裹，空泡形态不确定变化和水下环境复杂等因素都给航行体的稳定控制带来极大的困难。为缩短航行体研制周期、降低研究费用，在航行体组装前以半实物仿真技术对航行体主要组成设备以及相应的控制算法进行验证是非常必要的。 首先，确定水下高速航行体半实物仿真系统需求，在此基础上设计系统总体框架，分析半实物仿真系统工作过程，对仿真计算机系统的功能需求、组成和软件平台进行分析。根据需要实现的功能，确定所需的硬件设备。 其次，在纵平面内对航行体进行受力和力矩分析并建立数学模型。首先建立航行体坐标系，对航行体空化器受力、尾舵受力、重力、滑行力及其相应力矩分析。着重分析了起关键作用的空泡和运动体表面之间非线性滑行力，并建立纵平面数学模型。 再次，考虑到航行体数学模型参数不确定性和外部扰动，设计滑模变结构控制器实现航行体纵平面控制。论文设计两种滑模变结构控制器，为获得更好的动态品质以及达到削弱抖振的目的，第一种控制器设计基于指数趋近律的滑模控制。第二种是以系统跟踪误差为新的状态变量，使系统镇定实现深度跟踪，因航行体垂向速度不能直接测量获得，设计高增益观测器观测航行体深度以获得垂向速度的估计值，并针对出现的执行机构幅值饱和情况，对执行机构幅值设限，完成控制器饱和补偿设计，实现抗饱和的目的。分别对设计的控制算法进行仿真，分析控制器的效果和性能。同时，根据数字仿真结果调节控制器参数，为半实物仿真控制器参数的选择提供依据。 最后，完成半实物仿真系统上位机软件编写。系统功能实现分为数字仿真和半实物仿真两大部分功能，分别对数字仿真和半实物仿真子功能模块进行分析。仿真计算机软件以 MATLAB实现系统数学模型解算，以 C#.NET实现系统界面设计、存储数据、曲线实时显示以及和外部设备通信等功能。并分别进行数字仿真和半实物仿真，比较两者的仿真曲线来验证航行体组件的性能以及控制规律的有效性。 |
| 作者： | 李盼盼 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 韩云涛;柳贵福 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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