水下高速航行體深度控制及半實物仿真技術研究.pdf

1、超空化技術的發(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程中在自身產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、隱蔽性好等優(yōu)點，世界各大軍事強國均投入巨資進行相關理論與實驗研究?？刂葡到y(tǒng)設計對水下高速航行體的運動至關重要，控制算法的優(yōu)劣、空化器舵機響應等技術難題都會嚴重影響航行體運動的穩(wěn)定性。本文在對水下高速航行體縱向運動建模的基礎上，通過不同控制算法設

2、計，對半實物仿真技術與空化器舵機選型進行了研究。
　　首先，對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控制特性做了簡要介紹。在此基礎上完成了水下高速航行體半實物仿真系統(tǒng)搭建，重點分析了空化器舵機的工作原理、機械結構及角度采集。
　　其次，對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，分析了航行體運動過程中的各種受力，重點分析了航行體尾部平面力的變化規(guī)律，基于超空泡相關理論和剛體運動學理

3、論建立了水下高速航行體的非線性運動學模型和動力學模型，根據(jù)小擾動線性化理論及一些假設得到了單自由度空化器無尾舵配置的航行體縱向運動簡化方程。對模型可控性、可觀性及穩(wěn)定性的進一步分析得到了航行體的控制特性。
　　再次，在航行體縱向運動模型的基礎上對水下高速航行體定深控制器進行了分析與設計，通過對多種控制規(guī)律的控制精度及傳感器測量難易程度對比，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。在此控制律的基礎上結合模糊控制適應

4、性強、非線性好的優(yōu)點，利用航行體的深度偏差、俯仰角偏差和俯仰角速率設計模糊控制規(guī)則對其控制參數(shù)進行實時整定，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，空化器舵機直線運動實驗驗證了在單個控制周期舵機直線運動距離的有限性。針對航行體空化器舵機控制周期短而導致的空化器舵機直線運動最大距離的限制，設計了一