水下高速航行体非线性控制方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanson117
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随着现代水下航行体需求的不断升级,超空泡技术以其显著的减阻效应成为了水下高速航行体的主流技术,因此急需对超空泡航行体的控制技术进行研究。论文以水下高速航行体为研究对象,开展对其的控制方法研究,首先使用动态逆最优控制方法对其定速巡航段进行控制器设计,在加速段,将其转化成LPV系统,并基于此LPV系统开展鲁棒变增益控制器设计。首先,对国内外超空泡航行体技术发展和研究现状进行系统调研,对空泡模型建立的理论进行了分析与讨论,梳理了水下高速航行体的控制方法以及鲁棒变增益控制方法的研究现状,给出了论文的主要内容。其次,建立了水下高速航行体的数学模型,在Logvinovich独立膨胀原理的基础上,推导了空泡形态模型的半理论半经验公式,并依据空泡形态模型推导了尾部滑行力及力矩的理论公式,再考虑空化器头部受力,重力等力的影响,建立了航行体的运动学与动力学数值模型。然后,为了便于控制理论研究,将航行体模型简化为纵向模型,仅考虑其纵向平面,对其进行了动态性能分析,发现其参数间耦合效应明显,使用动态逆方法进行动力学解耦,结合最优控制理论进行了航行体巡航段控制器设计,仿真结果显示,该控制器可以在系统定速巡航段进行有效控制。最后,为了对航行体加速段进行控制,将航行体系统转化为了多胞体LPV系统形式,阐述了鲁棒变增益控制方法的理论基础,分析了航行体在运动过程中所受的各种干扰,并且进行了鲁棒变增益控制器的设计,仿真表示,此控制方法可以对航行体加速段进行稳定控制,并且具有良好的鲁棒性。
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