超空泡航行體雙通道控制研究.pdf

1、對于傳統(tǒng)的水下航行體來說，它的航行速度因?yàn)槠渌艿降谋砻婺Σ磷枇Χ斐闪说秃剿俚慕Y(jié)果。然而，設(shè)計一種前端安裝有空化器的航行體是有可能的，空化器能夠產(chǎn)生和維持包裹航行體的空泡，這種技術(shù)叫做超空化技術(shù)。超空化技術(shù)的產(chǎn)生使人們看到了物體能在水下高速航行的希望，它極大的減小了作用在航行體表面的摩擦阻力。此時的水下航行體被稱為超空泡航行體，與普通的水下物體的40m/s的航速相比它的速度能到達(dá)300m/s以上。盡管空泡的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了航行體的高速航行，

2、但是同時也帶來了一些問題。譬如：由于航行體的流體動力特性受到影響使得航行體的建模變得更復(fù)雜，進(jìn)而給超空泡航行體的控制帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本論文對在處于完全空化狀態(tài)下的航行體進(jìn)行受力分析，建立航行體的六自由度數(shù)學(xué)模型，并對超空泡航行體進(jìn)行控制研究。主要工作如下：
　　首先，對研究本論文的背景、目的和意義作簡單介紹，論述分析國內(nèi)外關(guān)于超空化技術(shù)、超空泡航行體以及超空泡航行體的控制策略的研究現(xiàn)狀?；诂F(xiàn)有的相關(guān)文獻(xiàn)和超空泡基本理論，詳細(xì)分

3、析兩種常用的空泡模型。為了實(shí)現(xiàn)本文的研究目的，采用安裝有兩個自由度空化器和尾舵的超空泡航行體的配置方案。根據(jù)航行體的配置方案，在適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系上，研究航行體的動力學(xué)特性，在流體動力學(xué)、剛體動力學(xué)和牛頓定律的基礎(chǔ)上，完成航行體的建模。
　　然后，進(jìn)行超空泡航行體的縱向通道控制研究。在一些假設(shè)條件下，對航行體的六自由度模型進(jìn)行分解，建立超空泡航行體縱向通道的數(shù)學(xué)模型。并對模型進(jìn)行開環(huán)仿真分析。由于模型具有非線性特性，采用動態(tài)逆的思想對模

4、型進(jìn)行處理之后，設(shè)計縱向通道的最優(yōu)控制器，實(shí)現(xiàn)對超空泡航行體的深度控制。
　　最后，進(jìn)行超空泡航行體的水平通道控制研究。在相關(guān)的模型簡化條件下，實(shí)現(xiàn)模型的簡化處理。假設(shè)航行體在水平面內(nèi)運(yùn)動時不影響其在縱平面內(nèi)的運(yùn)動，忽略橫滾運(yùn)動或假設(shè)橫滾運(yùn)動能夠得到很好的控制，建立超空泡航行體的無橫滾水平通道的數(shù)學(xué)模型。并對水平模型進(jìn)行開環(huán)仿真分析?？紤]到模型具有非線性特性，采用精確反饋線性化法對模型線性化處理之后，采用變結(jié)構(gòu)控制理論對側(cè)向位移進(jìn)