水下高速航行體系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究.pdf

1、超空泡水下高速航行體利用其周圍產(chǎn)生的空泡達(dá)到減小阻力的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水下超高速航行。超空泡技術(shù)的研究對(duì)于水下高速航行體的研制具有重大影響，同時(shí)對(duì)于海軍裝備的研發(fā)具有深遠(yuǎn)意義，因此許多國(guó)家都斥以巨資對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。本文主要完成水下高速航行體系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的研究。
　　 首先，根據(jù)水下高速航行體的航行特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行配置方案的設(shè)計(jì)和空泡產(chǎn)生條件的研究，介紹了研究航行體時(shí)用到的基本坐標(biāo)系，建立了航行體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；之后，對(duì)航行體進(jìn)行

2、受力分析，詳細(xì)分析了水下高速航行體的空化器受力情況，滑行力及推力，建立了水下高速航行體動(dòng)力學(xué)模型；應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)力學(xué)理論建立了水下高速航行體的非線性方程組，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的假設(shè)條件對(duì)所得航行體數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化處理；最后，運(yùn)用所得線性定深控制模型完成仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，所得模型能夠反映航行體運(yùn)動(dòng)相關(guān)特性。
　　 其次，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)方法對(duì)水下高速航行體系統(tǒng)進(jìn)行了定深控制模型的建立。介紹了系統(tǒng)辨識(shí)的基本過程及方法，通過實(shí)驗(yàn)

3、數(shù)據(jù)的預(yù)處理，模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的辯識(shí)以及模型的驗(yàn)證等步驟完成了水下高速航行體系統(tǒng)定深控制模型的建立，同時(shí)在不同的輸入情況下仿真，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 再次，通過傳統(tǒng)的PID控制算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制算法，并通過仿真在線調(diào)節(jié)控制參數(shù)得到較好的PID控制參數(shù)值。從仿真結(jié)果可以看出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制具有相對(duì)較理想的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，能夠達(dá)到很好的定深控制效果。
　　 最后，分析了水下高速航行

4、體半實(shí)物仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并根據(jù)系統(tǒng)需求完成了半實(shí)物仿真系統(tǒng)軟件的編寫。根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)情況下仿真實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分析，判斷所選采樣間隔是否合理；將航行體定深控制模型、仿真所得辨識(shí)模型加入到系統(tǒng)中進(jìn)行比較，驗(yàn)證了定深控制模型的有效性；之后，在數(shù)字仿真中加入常規(guī)PID算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID算法完成航行體定深控制實(shí)驗(yàn)，同時(shí)加入不同干擾進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID算法具有更好的抗干擾能力；最后，對(duì)系統(tǒng)控制器、傳感器等