水下高速航行體深度控制及半實(shí)物仿真技術(shù)研究.pdf

1、超空化技術(shù)的發(fā)展為水中航行體的提速提供了一條嶄新的途徑。水下高速航行體航行過(guò)程中在自身產(chǎn)生的空泡作用下與水分離，使阻力大大減小，從而使航行體具有了超高航速。由于水下高速航行體具有的速度快、航程遠(yuǎn)、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，世界各大軍事強(qiáng)國(guó)均投入巨資進(jìn)行相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)研究?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)水下高速航行體的運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，控制算法的優(yōu)劣、空化器舵機(jī)響應(yīng)等技術(shù)難題都會(huì)嚴(yán)重影響航行體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。本文在對(duì)水下高速航行體縱向運(yùn)動(dòng)建模的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同控制算法設(shè)

2、計(jì)，對(duì)半實(shí)物仿真技術(shù)與空化器舵機(jī)選型進(jìn)行了研究。
　　首先，對(duì)水下高速航行體的研究背景和意義，特別是水下高速航行體縱向控制策略及舵機(jī)控制特性做了簡(jiǎn)要介紹。在此基礎(chǔ)上完成了水下高速航行體半實(shí)物仿真系統(tǒng)搭建，重點(diǎn)分析了空化器舵機(jī)的工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)及角度采集。
　　其次，對(duì)水下高速航行體各部件分析后提出了本文的航行體配置方案，分析了航行體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各種受力，重點(diǎn)分析了航行體尾部平面力的變化規(guī)律，基于超空泡相關(guān)理論和剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)理

3、論建立了水下高速航行體的非線性運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)小擾動(dòng)線性化理論及一些假設(shè)得到了單自由度空化器無(wú)尾舵配置的航行體縱向運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化方程。對(duì)模型可控性、可觀性及穩(wěn)定性的進(jìn)一步分析得到了航行體的控制特性。
　　再次，在航行體縱向運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上對(duì)水下高速航行體定深控制器進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)多種控制規(guī)律的控制精度及傳感器測(cè)量難易程度對(duì)比，最終確定了使用深度、俯仰角和俯仰角速率反饋的定深控制規(guī)律。在此控制律的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊控制適應(yīng)

4、性強(qiáng)、非線性好的優(yōu)點(diǎn)，利用航行體的深度偏差、俯仰角偏差和俯仰角速率設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則對(duì)其控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)整定，形成的基于模糊控制的參數(shù)自整定定深控制器改善航行體的控制系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明基于模糊控制的參數(shù)自整定定深控制器提高了系統(tǒng)的控制精度，并且減弱了各狀態(tài)變量的震蕩幅度。
　　最后，空化器舵機(jī)直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在單個(gè)控制周期舵機(jī)直線運(yùn)動(dòng)距離的有限性。針對(duì)航行體空化器舵機(jī)控制周期短而導(dǎo)致的空化器舵機(jī)直線運(yùn)動(dòng)最大距離的限制，設(shè)計(jì)了一