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原文传递水下高速航行体纵向控制研究

论文题名：	水下高速航行体纵向控制研究
关键词：	水下高速航行体;纵向运动;鲁棒性;滑模变结构;控制策略
摘要：	水下武器的高速性能一直是人们迫切追求的目标,然而常规水下武器的速度在流体阻力的作用下很难突破40m/s的限制。超空泡减阻技术的出现给这种限制带来了革命性的突破。它可使水下航行体的阻力减小90％左右,实现航速超过100m/s的“飞行”。这对高速水下航行体的研制产生了巨大影响,一旦突破其关键技术,将彻底改变未来海战模式。目前,世界各海军强国已纷纷投入巨资研发超空泡武器。本文将详细分析水下高速航行体的纵向运动特性,在建立其数学模型的基础上深入研究滑模控制算法在其纵向运动控制方面的应用。　　首先,介绍研究本课题的背景、目的和意义,及国内外的相关产品的研究动态。分析了世界范围内一些国家的超空泡技术研究进展和成果。对水下高速航行体控制策略的研究动态进行深入分析。根据有关文献详细地介绍超空泡的基本理论,分析超空泡的形成过程及产生条件,对两种比较常用的空泡模型进行深入研究。在分析水下高速航行体的结构特点及各执行机构设计的基础上,研究有尾舵配置方案下的航行体机动策略。　　其次,研究了水下高速航行体的动力学特性,首先对超空泡状态下航行体在水中所受各力进行分析。这些力都包括空化器上的升力与阻力,航行体尾部的滑行力及滑行区域的摩擦阻力,尾舵的升力与阻力,推进系统产生的推力等。建立适当的水下高速航行体坐标系统,通过适当的坐标系变换分析航行体的动力学特性。运用刚体动力学理论及势流的相关理论,建立了配置为单自由度空化器的水下高速航行体数学模型。　　再次,针对水下高速航行体模型中存在系统变参数、有界不可测扰动和模型不确定等问题,根据滑模控制不变性,应用滑模变结构控制算法设计水下高速航行体纵向运动控制器。此外,根据带有参数摄动和外部扰动的航行体数学模型,建立基于趋近律方法的滑模控制器。并通过仿真验证了这种控制器对抑制系统中不确定项的有效性,证明了该控制算法较好的鲁棒性。　　最后,引用自适应控制思想设计滑模控制器,来解决实际系统中的不确定性扰动上界不易获得这一问题。建立水下高速航行体纵向运动模型,并设计了自适应积分滑模控制器实现对水下高速航行体的纵向运动控制。在系统保持有较强鲁棒性的同时可以自动适应不确定因素的干扰。最后通过仿真,验证该控制算法的有效性。
作者：	王志学
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：	2013
正文语种：	中文