潛艇近水面航行控制方法研究.pdf

1、隨著世界科技的發(fā)展及對能源需求的迅速增長,更多的人將目光投向海洋。潛艇作為海軍重要的武器裝備之一,已得到各國的大力發(fā)展。潛艇本身是個具有高度非線性、強耦合性、參數(shù)時變性的復雜系統(tǒng),近水面運動的強干擾性進一步增加了控制的難度。本文針對潛艇運動的上述特性,應用滑模變結構理論對潛艇航向和深度自動舵設計進行了研究。
　　 目前很多潛艇控制研究僅局限于水平面或豎直面,忽略了平面間的耦合,因此在實際應用中效果差強人意。本文根據(jù)美國泰勒海軍研

2、究和發(fā)展中心(DTNSRDC)推出的潛艇標準運動方程,忽略非主導因素水動力項,建立了適用于仿真的潛艇六自由度運動控制模型,并對模型進行仿真研究討論其正確性,從而確定潛艇空間運動的特點:對潛艇近水面運動所受海洋干擾力進行了仿真研究并給出了海平面上一階海浪力的隨時間變化的實時值及二階波浪力各參數(shù)隨深度、遭遇角變化的趨勢。
　　 本文通過分析滑模變結構的基本理論,指出滑模控制系統(tǒng)動態(tài)響應與切換函數(shù)的關系,討論了滑模變結構系統(tǒng)常見的抖振

3、問題的成因,理論分析并直觀說明了抖振的實質是極限環(huán)的存在,并據(jù)此針對仿射非線性系統(tǒng)提出了應用模糊趨近率及基于接近角的新型飽和函數(shù)的降抖振方法,其中模糊趨近率主要應用于達到階段,根據(jù)切換函數(shù)及切換函數(shù)導數(shù)來選擇相應的趨近速度,并在快速逼近滑模面時給予一定補償,以保證系統(tǒng)的快速性及滑模面上趨近速度為零的有機統(tǒng)一;基于接近角的新型飽和函數(shù)主要作用在滑模面附近,以變邊界層厚度的方式使系統(tǒng)狀態(tài)點快速穩(wěn)定在滑模面上。
　　 本文應用滑模變結

4、構理論及降抖振方法設計了潛艇空間運動的航向自動舵以及深度自動舵,并分別在有海洋擾動和無擾動情況下進行了仿真。通過與傳統(tǒng)的PID舵對比可以發(fā)現(xiàn)滑模自動舵超調小,動態(tài)響應好,后期在航向誤差很小時也能迅速消除穩(wěn)態(tài)誤差,調節(jié)時間短。在存在海洋干擾的情況下,滑模航向自動舵可以綜合考慮潛艇各狀態(tài)變量確定控制量,在舵角變化幅度較小的前提下取得了更好的控制效果,節(jié)省能源。而潛艇首、尾升降舵聯(lián)合操舵系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了潛艇雙執(zhí)行機構的聯(lián)合控制,有效地避免了分