超空泡航行体纵向运动控制

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1、·超空泡航行体纵向运动控制摘要航行体在水下运行时要受到较大粘性摩擦阻力，使得水下航行体运行速度普遍偏低。利用超空化减阻技术，使航行体在运行时大部分表面包裹在空泡内，隔绝了与液体环境的接触，大大减少了航行阻力，实现了航行体水下高速运行。超空泡航行体因这一优势而广泛受到研究者们重视。本文通过查阅国内外相关文献，深入研究了超空泡模型及相关理论，针对以超空化状态运行的航行体的动力学特殊性，详细地分析了航行体各部分受力情况，建立了航行体数学模型。先后采用滑模变结构控制和模糊滑模控制两种控制策略来实现航行体纵向运动控制，并进行了仿真验证。研究超

2、空泡航行体控制方法的难点在于难以建立精确的数学模型。由于航行体实际运行时被空泡包裹，其受力情况变得十分复杂。尤其是航行体尾部的滑行力，对实现航行体稳定控制带来了不便。依据相关文献深入地研究了超空泡的基本理论，分析了超空泡形态预测模型。采用空化器和尾舵控制的配置方案，在此基础上对航行体空化器、尾舵及尾部滑行力进行受力分析。得到六自由度数学模型，再将其简化处理推导出纵平面内运动模型。由于超空泡航行体模型中存在系统参数摄动以及外部无规则扰动等问题，依据滑模控制不变性，可采用滑模变结构控制策略来设计航行体纵向运动控制器。通过仿真验证所设计的

3、控制器对系统变参数、外界扰动等不确定状况有较强的鲁棒性。但滑模控制也存在不足之处，系统运动状态到达滑动平面后会在其附近产生高频抖振现象，使得系统的控制量与状态量也会产生高频振荡。针对滑模控制的抖振问题，将模糊控制与滑模控制相结合，设计新的模糊滑模控制器。通过仿真验证，模糊滑模控制能够抑制滑模变结构控制中产生的抖振现象，而且能改善系统的动态品质并保证较好的鲁棒性。关键词：超空泡航行体；纵向运动；滑模变结构控制；模糊滑模控制···哈尔滨工程大学硕士学位论文···超空泡航行体纵向运动控制AbstractThespeedofunderwat

4、ervehicleisgenerallylowduetothehighviscousfrictionthey receivedwhilemoving.Byutilizingsuper-cavitationresistancereductiontechnology,mostof thebodysurfaceofthevehiclearewrappedinthevacuoles,whichcutoffthecontactwiththe liquidenvironmentfromthevehicle,greatlyreducethesai

5、lingresistanceandeventually realizeunderwatervehiclemovinginahigh-speed.Becauseofthisadvantage,supercavitating vehiclereceivedalargeamountofattentionpaidbyresearchers.Inthispaper,throughboth domesticandinternationalliteraturereview,anin-depthinvestigationonsupercavitat

6、ion modelandrelatedtheorywasperformed.Withthefocusedontheparticulardynamicsof ultra-cavitationstatemovingvehicle,detailedanalysistowardsthevariouspartsofthevehicle affectedbytheforcesofnavigationwasmadeandatlastthemathematicalmodelforthe vehiclewasestablished.Successiv

7、ely,theauthorappliedslidingmodevariablestructure controlandfuzzyslidingmodecontrolstrategiestoachievevehicleverticalnavigation controlaswellastoperformsimulationverification.Thedifficultytowardstheinvestigationofthecontrolmethodsofsupercavitatingvehicle liesontheaccura

8、teestablishingofmathematicalmodels.Theforcesreceivedbythevehicle becomesquitecomplicated,giventhefactthatthevehicleis