水下高速超空泡射弹建模与最优控制
发布时间：2022-05-06 19:32
当物体在水下高速运动时,随着航行速度的提高,物体表面局部压力减小,接触面液体气化从而形成空泡。实验证明,当物体被大量空泡包裹,形成包络时,其所受流体阻力将大大减小,从而使水下运动体的速度产生质的飞跃,进而对未来水下战局的分布产生重大影响。本文的研究基于“XX基金项目”,在国内外现有实验研究的基础上,建立了完整的水下超空泡高速射弹的六自由度控制模型,分析了系统的稳定性,并设计了稳定的反馈控制率,主要工作如下：根据导弹飞行力学与鱼雷飞行力学原理,定义建立水下高速超空泡射弹常用坐标系与特殊坐标系及其转换矩阵；分析空泡产生的原理,以及产生稳定空泡的途径,为超空泡射弹的稳定控制奠定基础；分析探讨了两种常用的空泡外形计算公式,并对比于本文所用的简化公式,得出本文控制所需空泡体的外形公式和轴线飘移公式。运用刚体动力学知识,建立水下高速超空泡射弹的六自由度运动学方程以及动力学方程。对弹体所受空化器力、尾舵力、以及滑行力产生原因,推导方式进行了全面的介绍,并得出了弹体主要受力以及力矩的计算公式,仿真分析了空化器力与力矩、尾舵力与力矩在弹体坐标系的分量随相应角度的变化关系。运用Matlab仿真软件,将超空...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 国外超空泡技术研究状况
1.3 国内超空泡技术研究状况
1.4 论文的结构安排
2 超空泡射弹的空泡特性分析
2.1 超空化现象的产生机理
2.2 空泡模型的计算公式及其影响因素
2.2.1 赖卡特空泡模型
2.2.2 龙格维诺维奇空泡模型
2.2.3 本文的空泡形态
2.3 空泡的轴线飘移
2.4 超空泡射弹的稳定方式
2.5 本章小结
3 超空泡射弹的数学模型
3.1 坐标系的建立及其转化
3.1.1 常用坐标系的建立
3.1.2 空化器坐标系的建立
3.1.3 尾翼坐标系的建立
3.2 超空泡射弹运动学方程组的建立
3.3 主要受力分析
3.3.1 空化器受力
3.3.2 尾舵受力
3.3.3 滑行力
3.3.4 重力
3.4 超空泡射弹动力学方程组的建立
3.5 本章小结
4 超空泡射弹开环特性仿真及其线性化
4.1 超空泡射弹的开环特性研究
4.1.1 超空泡射弹仿真模型
4.1.2 超空泡射弹开环特性仿真
4.2 模型参数的不确定性分析
4.3 超空泡射弹仿真模型的线性化处理
4.4 本章小结
5 超空泡射弹闭环控制系统设计
5.1 超空泡射弹线性二次型状态调节器设计
5.1.1 超空泡射弹线性二次型最优控制
5.1.2 单位权矩阵控制仿真
5.1.3 最优权矩阵控制仿真
5.2 基于遗传算法的控制优化设计
5.2.1 超空泡射弹遗传算法优化流程图
5.2.2 遗传算法种群及初始化设计
5.2.3 遗传算法适应度函数
5.2.4 遗传操作设计
5.2.5 超空泡射弹遗传算法仿真
5.5 闭环系统响应
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机线性二次型最优控制[J]. 刘海堂,吕伟,喻鸣,毛宁. 科学技术与工程. 2012(18)
[2]时滞超空泡航行体复杂控制系统设计[J]. 赵新华,段广仁,孙尧. 工程力学. 2011(09)
[3]水洞超空泡人工通气控制系统设计[J]. 李淼,罗凯,胡峰,秦侃. 计算机测量与控制. 2011(09)
[4]基于混合遗传算法的时间最优控制问题求解[J]. 赵瑞艳,李树荣. 控制工程. 2011(03)
[5]水下超空泡航行体纵向机动运动控制研究[J]. 白涛,毕晓君. 哈尔滨工程大学学报. 2011(04)
[6]超空泡航行体的增益自适应全程滑模控制器设计[J]. 吕瑞,魏英杰,于开平,张嘉钟,王京华. 振动与冲击. 2011(03)
[7]遗传算法编码方案比较[J]. 张超群,郑建国,钱洁. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]尾翼对超空泡航行器形态及力学特性影响实验研究[J]. 裴譞,张宇文,袁绪龙,张纪华. 实验流体力学. 2011(01)
[9]二次多项式型非线性系统的最优控制[J]. 丁晓晖,张侃健. 计算技术与自动化. 2010(03)
[10]气动舵/侧向脉冲推力复合控制导弹最优控制及输出反馈问题研究（英文）[J]. 邢立旦,张科南,陈万春,殷兴良. Chinese Journal of Aeronautics. 2010(04)
博士论文
[1]超空泡航行体动力学建模与姿态机动鲁棒控制方法研究[D]. 吕瑞.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]水下高速航行体控制系统研究与实现[D]. 张永攀.哈尔滨工程大学 2011
[2]水下高速射弹的数学建模与控制研究[D]. 杨献文.哈尔滨工程大学 2009
[3]非线性控制系统解耦及精确线性化[D]. 安祎春.东北大学 2006
[4]非线性系统精确线性化方法探究[D]. 钟宁帆.南京理工大学 2004
本文编号：3651075
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.2 国外超空泡技术研究状况
1.3 国内超空泡技术研究状况
1.4 论文的结构安排
2 超空泡射弹的空泡特性分析
2.1 超空化现象的产生机理
2.2 空泡模型的计算公式及其影响因素
2.2.1 赖卡特空泡模型
2.2.2 龙格维诺维奇空泡模型
2.2.3 本文的空泡形态
2.3 空泡的轴线飘移
2.4 超空泡射弹的稳定方式
2.5 本章小结
3 超空泡射弹的数学模型
3.1 坐标系的建立及其转化
3.1.1 常用坐标系的建立
3.1.2 空化器坐标系的建立
3.1.3 尾翼坐标系的建立
3.2 超空泡射弹运动学方程组的建立
3.3 主要受力分析
3.3.1 空化器受力
3.3.2 尾舵受力
3.3.3 滑行力
3.3.4 重力
3.4 超空泡射弹动力学方程组的建立
3.5 本章小结
4 超空泡射弹开环特性仿真及其线性化
4.1 超空泡射弹的开环特性研究
4.1.1 超空泡射弹仿真模型
4.1.2 超空泡射弹开环特性仿真
4.2 模型参数的不确定性分析
4.3 超空泡射弹仿真模型的线性化处理
4.4 本章小结
5 超空泡射弹闭环控制系统设计
5.1 超空泡射弹线性二次型状态调节器设计
5.1.1 超空泡射弹线性二次型最优控制
5.1.2 单位权矩阵控制仿真
5.1.3 最优权矩阵控制仿真
5.2 基于遗传算法的控制优化设计
5.2.1 超空泡射弹遗传算法优化流程图
5.2.2 遗传算法种群及初始化设计
5.2.3 遗传算法适应度函数
5.2.4 遗传操作设计
5.2.5 超空泡射弹遗传算法仿真
5.5 闭环系统响应
5.6 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机线性二次型最优控制[J]. 刘海堂,吕伟,喻鸣,毛宁. 科学技术与工程. 2012(18)
[2]时滞超空泡航行体复杂控制系统设计[J]. 赵新华,段广仁,孙尧. 工程力学. 2011(09)
[3]水洞超空泡人工通气控制系统设计[J]. 李淼,罗凯,胡峰,秦侃. 计算机测量与控制. 2011(09)
[4]基于混合遗传算法的时间最优控制问题求解[J]. 赵瑞艳,李树荣. 控制工程. 2011(03)
[5]水下超空泡航行体纵向机动运动控制研究[J]. 白涛,毕晓君. 哈尔滨工程大学学报. 2011(04)
[6]超空泡航行体的增益自适应全程滑模控制器设计[J]. 吕瑞,魏英杰,于开平,张嘉钟,王京华. 振动与冲击. 2011(03)
[7]遗传算法编码方案比较[J]. 张超群,郑建国,钱洁. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]尾翼对超空泡航行器形态及力学特性影响实验研究[J]. 裴譞,张宇文,袁绪龙,张纪华. 实验流体力学. 2011(01)
[9]二次多项式型非线性系统的最优控制[J]. 丁晓晖,张侃健. 计算技术与自动化. 2010(03)
[10]气动舵/侧向脉冲推力复合控制导弹最优控制及输出反馈问题研究（英文）[J]. 邢立旦,张科南,陈万春,殷兴良. Chinese Journal of Aeronautics. 2010(04)
博士论文
[1]超空泡航行体动力学建模与姿态机动鲁棒控制方法研究[D]. 吕瑞.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]水下高速航行体控制系统研究与实现[D]. 张永攀.哈尔滨工程大学 2011
[2]水下高速射弹的数学建模与控制研究[D]. 杨献文.哈尔滨工程大学 2009
[3]非线性控制系统解耦及精确线性化[D]. 安祎春.东北大学 2006
[4]非线性系统精确线性化方法探究[D]. 钟宁帆.南京理工大学 2004
本文编号：3651075
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3651075.html
