潛器變向軸全方位推進(jìn)器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、目前,在海洋開發(fā)和海洋工程中,潛器要執(zhí)行各種復(fù)雜的任務(wù),并且隨著各項(xiàng)技術(shù)水平的發(fā)展,潛器完成任務(wù)的難度也在不斷提高,這對潛器的操縱性能提出了更高的要求。隨著海洋開發(fā)和海洋工程的不斷深入發(fā)展,潛器推進(jìn)器的小型化、智能化、高效率和高機(jī)動性能越來越受到研究者的關(guān)注。針對海洋潛器的空間全方位機(jī)動行進(jìn)要求,常規(guī)的推進(jìn)方式已經(jīng)不能滿足研究者對潛器設(shè)計(jì)的需求。為了使?jié)撈骶哂懈鼉?yōu)良的操縱性能,矢量推進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,由此而產(chǎn)生的矢量推進(jìn)系統(tǒng)更是代表了潛器

2、推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,也必將成為潛器的主要推進(jìn)系統(tǒng)之一。本文提出的變向軸全方位推進(jìn)器正是基于矢量推進(jìn)技術(shù)而設(shè)計(jì)的一種潛器推進(jìn)裝置,因此,研究潛器變向軸全方位推進(jìn)器控制系統(tǒng)具有非常重要的意義。
　　首先,本文研究了變向軸全方位推進(jìn)器的工作機(jī)理,提出了變向軸全方位推進(jìn)器的系統(tǒng)構(gòu)成方案。通過研究軸變向伺服控制系統(tǒng)角位置控制原理,提出了軸變向伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案,最終給出了軸變向控制系統(tǒng)構(gòu)成。
　　其次,本文建立了潛器變向軸全方位推

3、進(jìn)器控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。采用圖譜計(jì)算法,通過分析常規(guī)槳的敞水特性圖譜,運(yùn)用回歸分析方法計(jì)算變向軸全方位推進(jìn)器的敞水特性,建立了可用于工程計(jì)算的水動力數(shù)學(xué)模型。通過分析變向軸全方位推進(jìn)器的矢量力分解過程,建立了各坐標(biāo)軸上推力的數(shù)學(xué)模型,為潛器變向軸全方位推進(jìn)器的運(yùn)動控制奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,本文研究了軸變向伺服控制系統(tǒng)的建模問題,建立了軸變向伺服控制系統(tǒng)的動力學(xué)模型和轉(zhuǎn)動力矩模型,并完成了對軸變向伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　接著,本文

4、研究了潛器艏艉變向軸全方位推進(jìn)器智能協(xié)調(diào)控制問題,提出了艏艉變向軸全方位推進(jìn)器的推力分配策略,對產(chǎn)生的推力進(jìn)行合理的分配和控制,實(shí)現(xiàn)變向軸全方位推進(jìn)器的推力效率最大化,通過仿真驗(yàn)證了策略的可行性。然后,提出基于固定尺度的最小二乘法支持向量機(jī)方法對變向軸全方位推進(jìn)器推力指令參數(shù)進(jìn)行求解,解決了推力指令參數(shù)求解計(jì)算過程復(fù)雜,求解效率低的問題。通過仿真結(jié)果表明,潛器變向軸全方位推進(jìn)器推力指令參數(shù)求解方法有較高的精度及較快的計(jì)算速度。
　

5、　最后,本文研究了裝有變向軸全方位推進(jìn)器的潛器位姿智能控制問題。針對潛器的運(yùn)動特點(diǎn),將潛器位姿智能控制系統(tǒng)劃分為三個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)并分別設(shè)計(jì)了水平面運(yùn)動控制器、垂直面運(yùn)動控制器和空間運(yùn)動控制器。在研究水平面運(yùn)動控制時(shí),考慮到控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)潛器的水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動,引入反演設(shè)計(jì)思想,提出基于反演的模型參考自適應(yīng)滑模控制方法,同時(shí)在滑?？刂扑惴ㄖ幸胱赃m應(yīng)規(guī)律,解決了系統(tǒng)復(fù)雜性的問題,有效地克服了系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性等因素的影響。在研究垂直面

6、運(yùn)動控制時(shí),考慮到潛器在垂直面運(yùn)動過程中重心和浮心變化較強(qiáng),提出采用模糊滑?？刂品椒▉韺?shí)現(xiàn)對潛器的垂直面運(yùn)動控制,克服了模型的不確定性給系統(tǒng)帶來的影響,維持了系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？紤]到基本模糊控制器很難通過擴(kuò)充模糊規(guī)則庫的辦法減小穩(wěn)態(tài)誤差,本文引入變論域模糊控制器的概念,通過論域的收縮達(dá)到增加模糊規(guī)則的目的,從而提高系統(tǒng)的控制精度。在研究空間運(yùn)動控制時(shí),考慮到系統(tǒng)是非線性、時(shí)變性、不確定性并存的耦合多變量系統(tǒng),很難建立其精確數(shù)學(xué)模型。本文引入