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基于鲁棒控制方法的潜艇运动控制器设计与实现
| 论文题名： | 基于鲁棒控制方法的潜艇运动控制器设计与实现 |
| 关键词： | 鲁棒控制;潜艇系统;运动控制器;参数设计 |
| 摘要： | 随着各国经济发展重点向海洋的转移,海洋的地位日益提高,而潜艇作为海上作战的主要武器之一,一直受到各国海军高度重视。现代水下作战空间的不断扩大和反潜探测手段的日益提高,对潜艇操控性能也提出了更高的要求,现代潜艇需要具备更高的机动性、更低的噪声和更长的续航能力,因此,研究高效、安全和低噪声的潜艇控制系统,对发挥武器作战系统能力,提高潜艇的安全性、隐蔽性以及减轻成员工作强度都具有十分重要的意义。而潜艇在水下的空间运动本质上是一个非线性、水平面和垂直面运动的强耦合性、自身动力学参数随外界环境变化的时变系统,同时由于受到外界海浪和海流的影响,潜艇水下运动具有很强的不确定性,这些都给系统的精确和稳定控制提出了难题。要想提高潜艇系统的控制性能,就必须要在设计控制系统控制器时分析系统的不确定性,并在设计过程中予以考虑,因此专门用于分析和处理具有不确定性系统的鲁棒控制在潜艇控制中得到了广泛应用和深入研究。 潜艇水下运动是一种复杂的空间运动,具有惯性大、非线性强、环境干扰复杂和参数时变的特点,难以用精确的数学模型来描述。在控制系统设计中要考虑系统在不确定性存在的情况下,反馈控制器是否仍能满足控制要求,这种情况下,经典控制理论便显得无能为力了,而鲁棒控制正式针对这种控制系统而提出的,从综合原理考虑,鲁棒控制是一种适合实现潜艇空间运动操纵控制的方法,而且经过多年发展,鲁棒控制领域已经取得了许多重要研究成果,形成了若干可以用来进行系统分析和综合控制的理论方法,具有很好的理论基础,因此,我们将鲁棒控制应用于潜艇操纵控制系统。 本论文以潜艇六自由度空间模型为基础,结合姿态辅助方程,代入水动力系数得到潜艇空间运动线性化模型,运用常规PID控制、模糊自适应PID控制和H∞鲁棒控制三种控制方法分别设计控制器,并在MATLAB2010环境下进行系统仿真,得到仿真输出,并进行对比分析。之后将利用H∞状态反馈控制方法针对潜艇的变深和定深两个过程分别设计的控制器应用于原始的非线性模型,对变深和定深两个过程分别控制,变深过程中采用定角下潜控制器进行控制,达到指定深度后再采用定深直航控制器,两个控制器可以自动切换,以原始非线性模型为仿真对象,得到实际控制系统的仿真结果。最后对系统的鲁棒稳定性进行研究,给出了一种基于Lyapunov稳定性理论,用来确定系统鲁棒稳定的有效参数的方法,计算得出保证系统稳定的参数摄动范围。 说明:本文有关H∞控制器的设计和仿真部分是由项目课题组成员共同完成,我在此基础上进行整理和总结形成论文。 |
| 作者： | 徐芳 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 余臻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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