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1、超空泡航行体LPV控制设计摘要：超空泡航行体在巡航阶段，只有头部的空化器和后而的尾舵与水接触。空泡的存在使得航行体与外界的和互作用变得十分复杂。在竖直面内,航行体尾部与空泡壁相互作用产生的滑行力具有强烈的非线性，并且幅值极大。除此之外，弹体外表与水的分离也使其控制环境变得极为恶劣。同时,航行体还面临内部噪声干扰的问题。首先，将非线性滑行力改写成时变参数与状态向量乘积的形式，从而把非线性模型转化为系统矩阵仿射依赖F时变参数的线性系统模型，然后运用线性变参数(LinearParameter-Varying,LPV)方法设计了控制器。最后利川matlab软件的LMI工具箱解算控制器参数
2、。仿真结果表明，本文设计的控制器可以使航行体能够准确跟踪给定的控制指令。关键词：超空泡航行体；滑行力；LPV；控制LPVcontroldesignforasupercavitatingvehicleBaochenQIANG,YaoSUN,Yuntao,HAN,TaoBAI(CollegeofAutomation,HarbinEngineeringUniversity,HarbinHeilongjiang150001,China)Abstract:IncruisephaseofSupercavitatingbodies,onlythecavitatorfixedattheheada
3、ndthefinslocatedatthebackofthebodycontactwithwater.ExistenceoftheCavitymakestheinteractionbetweenbodysurfaceandoutsideworldaquitecomplexprocess.Intheverticalplane,thisinteractionprocesscreatesstrongnonlinearplaningforce,whichcangetahighamplitude・Besides,itisabadenvironmenlforcontroleffortwhen
4、thebodysurfacegetsseparatedwithwater.Thevehiclealsocncountersnoisedisturbanceinthedynamicpcoccss・Inthispaper,thenonlinearplaningforcewasfirsttransformedintoaformofproductoftime-varyingparametersandthestatevector,sothatthenonlinearmodelcanberewrittenbyalinearmodelwhosesystemmatrixesaffinedepen
5、dedonthetime-varyingparameters.ThentheLinearParameter-Varyingmethodwasappliedtodesigncontrollers・Finally,LMItoolboxofmatlabsoftwarewasusedtocalculatethecontrollerparameters.Simulationresultsshowedthatthevehiclecantrackthegivencontrolcommandaccuratelywiththedesignedcontroller・Keywords：supercav
6、itatingvehicle;planingforce;LPV;control超空泡航行体在水下髙速航行吋，随着速度提高到一定程度，会形成一个包围整个航行体的超空泡。沾湿面积的减小导致航行体受到的阻力显著下降，使得航行体在水下达到超乎想象的速度成为可能。区别于常规水下航行器，超空泡航行体儿乎整体包裹于空泡内而失去了绝大部分浮力支撑。航行体尾部与空泡之间存在的强烈非线性滑行力及空泡形态变化等都给超空泡航行器的稳定控制和机动带来了极人的困难山⑵。国内外学者对超空泡航行体的数学模型进行了研究，Dzielski提出了一个4状态2自山度模型［3Kirschner提出了一个12状态6自出度
7、模型⑷,Kulkami建立:了一个4状态3自由度模型⑸。以上模型的主要区别在于对空化器流体动力、尾控制血流体动力利I空泡动态的建模各冇不同。超空泡航行体虽然能够在水下高速航行，但是同时,由于超空泡包围了大部分或整个航行体，航行体的整个受力环境较常规水下航行体有极大的不同。航行体表而与水的分离在降低阻力的同时也使得航行体失去了大部分的浮力支撑，11航行体尾部穿出空泡壁与水接触时，尾部与水的相互作用类似于一个圆柱在水面上滑行，这种作用会产生一个强烈的非线性滑行力作用在航行体尾部，且幅
