潛艇近水面航行控制方法研究.pdf

1、隨著世界科技的發(fā)展及對能源需求的迅速增長,更多的人將目光投向海洋。潛艇作為海軍重要的武器裝備之一,已得到各國的大力發(fā)展。潛艇本身是個(gè)具有高度非線性、強(qiáng)耦合性、參數(shù)時(shí)變性的復(fù)雜系統(tǒng),近水面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)干擾性進(jìn)一步增加了控制的難度。本文針對潛艇運(yùn)動(dòng)的上述特性,應(yīng)用滑模變結(jié)構(gòu)理論對潛艇航向和深度自動(dòng)舵設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。
　　 目前很多潛艇控制研究僅局限于水平面或豎直面,忽略了平面間的耦合,因此在實(shí)際應(yīng)用中效果差強(qiáng)人意。本文根據(jù)美國泰勒海軍研

2、究和發(fā)展中心(DTNSRDC)推出的潛艇標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)方程,忽略非主導(dǎo)因素水動(dòng)力項(xiàng),建立了適用于仿真的潛艇六自由度運(yùn)動(dòng)控制模型,并對模型進(jìn)行仿真研究討論其正確性,從而確定潛艇空間運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):對潛艇近水面運(yùn)動(dòng)所受海洋干擾力進(jìn)行了仿真研究并給出了海平面上一階海浪力的隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)值及二階波浪力各參數(shù)隨深度、遭遇角變化的趨勢。
　　 本文通過分析滑模變結(jié)構(gòu)的基本理論,指出滑?？刂葡到y(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)與切換函數(shù)的關(guān)系,討論了滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)常見的抖振

3、問題的成因,理論分析并直觀說明了抖振的實(shí)質(zhì)是極限環(huán)的存在,并據(jù)此針對仿射非線性系統(tǒng)提出了應(yīng)用模糊趨近率及基于接近角的新型飽和函數(shù)的降抖振方法,其中模糊趨近率主要應(yīng)用于達(dá)到階段,根據(jù)切換函數(shù)及切換函數(shù)導(dǎo)數(shù)來選擇相應(yīng)的趨近速度,并在快速逼近滑模面時(shí)給予一定補(bǔ)償,以保證系統(tǒng)的快速性及滑模面上趨近速度為零的有機(jī)統(tǒng)一;基于接近角的新型飽和函數(shù)主要作用在滑模面附近,以變邊界層厚度的方式使系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)快速穩(wěn)定在滑模面上。
　　 本文應(yīng)用滑模變結(jié)

4、構(gòu)理論及降抖振方法設(shè)計(jì)了潛艇空間運(yùn)動(dòng)的航向自動(dòng)舵以及深度自動(dòng)舵,并分別在有海洋擾動(dòng)和無擾動(dòng)情況下進(jìn)行了仿真。通過與傳統(tǒng)的PID舵對比可以發(fā)現(xiàn)滑模自動(dòng)舵超調(diào)小,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,后期在航向誤差很小時(shí)也能迅速消除穩(wěn)態(tài)誤差,調(diào)節(jié)時(shí)間短。在存在海洋干擾的情況下,滑模航向自動(dòng)舵可以綜合考慮潛艇各狀態(tài)變量確定控制量,在舵角變化幅度較小的前提下取得了更好的控制效果,節(jié)省能源。而潛艇首、尾升降舵聯(lián)合操舵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了潛艇雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)合控制,有效地避免了分