超空泡航行体纵向运动控制

发布时间：2022-07-20 17:14

　　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... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 超空泡航行体国内外研究现状
        1.2.2 超空泡技术的研究现状
        1.2.3 超空泡航行体建模及控制策略研究进展
    1.3 论文研究内容及章节结构
第2章 超空泡航行体数学建模
    2.1 超空泡理论基础
        2.1.1 超空泡形成条件
        2.1.2 超空泡的基本参数
    2.2 超空泡形态预测模型
        2.2.1 Munzer-reicharde空泡模型
        2.2.2 Logvinovich空泡模型
        2.2.3 空泡的记忆效应
    2.3 超空泡航行体结构与配置
        2.3.1 超空泡航行体结构组成
        2.3.2 超空泡航行体配置方案
    2.4 航行体建模基础
        2.4.1 坐标系的定义
        2.4.2 航行体的运动参数
        2.4.3 坐标系间的转换关系
    2.5 航行体受力分析
        2.5.1 空化器受力
        2.5.2 尾舵受力
        2.5.3 滑行力
        2.5.4 重力
        2.5.5 推力
    2.6 航行体运动学及动力学建模
        2.6.1 运动学方程建立
        2.6.2 动力学方程建立
    2.7 超空泡航行体纵向运动模型建立
    2.8 本章小结
第3章 滑模控制与模糊控制理论概述
    3.1 滑模控制理论概述
        3.1.1 滑模控制的基本概念
        3.1.2 滑模控制的基本要素
        3.1.3 滑模控制的动态品质
        3.1.4 滑模控制存在的问题
    3.2 模糊控制理论概述
        3.2.1 模糊控制方法特点
        3.2.2 模糊控制结构原理
        3.2.3 模糊控制设计原则
    3.3 模糊滑模控制理论
        3.3.1 模糊滑模控制概述
        3.3.2 模糊控制与滑模控制结合方式
    3.4 本章小结
第4章 基于滑模控制的航行体纵向运动控制器设计
    4.1 滑模控制器设计数学基础
    4.2 基于趋近律的滑模变结构控制器设计
        4.2.1 切换平面设计
        4.2.2 滑模控制器设计
    4.3 仿真分析
    4.4 本章小结
第5章 基于模糊滑模控制的航行体纵向运动控制器设计
    5.1 模糊滑模控制器设计基础
        5.1.1 模糊滑模控制方法的确定
        5.1.2 基于模糊控制的趋近律改进原理
    5.2 基于模糊趋近律的滑模控制器设计
        5.2.1 模糊控制输入输出定义
        5.2.2 模糊规则定义及模糊输出
    5.3 仿真研究
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]国外水面舰艇鱼雷防御系统发展现状及趋势[J]. 肖昌美,李恒,彭佩.  鱼雷技术. 2014(02)
[2]国外水面舰艇鱼雷防御系统的构建问题探析[J]. 陈敬军.  声学技术. 2014(01)
[3]超空泡技术及其在水中兵器中的应用研究[J]. 孙伟玮.  机械管理开发. 2013(03)
[4]水下航行体控制系统快速原型设计[J]. 叶玉玲,赵冉.  计算机仿真. 2012(03)
[5]水下超空泡航行体非线性动力学建模与仿真[J]. 王京华,魏英杰,曹伟,黄文虎,吕瑞.  工程力学. 2011(12)
[6]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)
[7]超空泡航行体的自适应模糊滑模控制研究[J]. 范加利,吕小龙,赵国良.  计算机工程与应用. 2011(03)
[8]基于空泡记忆效应的水下超空泡航行体建模与控制[J]. 王京华,魏英杰,于开平,王聪,黄文虎,吕瑞.  振动与冲击. 2010(08)
[9]超空泡武器[J]. 施鹤群.  东北之窗. 2010(14)
[10]超空泡技术在小口径炮弹上的应用[J]. 牟晴,赵潇雨,周维.  四川兵工学报. 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
[2]水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D]. 赵新华.哈尔滨工程大学 2008

硕士论文
[1]水下高速航行体系统建模与仿真技术研究[D]. 赵利娜.哈尔滨工程大学 2012
[2]水下高速航行体航向控制技术研究[D]. 王雨.哈尔滨工程大学 2012



本文编号：3664406