水下超高速航行體動力學(xué)建模與控制研究.pdf

1、水下超高速航行體以其低流體阻力突破了水下運動的速度瓶頸，獲得了極高的水下航行速度，將成為新一代的高速水下武器，能夠憑借其速度優(yōu)勢打擊、攔截陸?？崭鞣N軍事目標(biāo)，并以遠程攻擊、高速、隱蔽等優(yōu)越的作戰(zhàn)效能克敵制勝。本文以國防基礎(chǔ)科研項目“水下超高速運動的基礎(chǔ)理論與相關(guān)技術(shù)研究”的研制任務(wù)為背景，對水下超高速航行體的動力學(xué)建模及縱向運動控制問題進行了深入研究，主要工作如下： 運用剛體動力學(xué)原理和船舶運動建模理論，對有尾舵與無尾舵的超高速

2、航行體運動模型進行受力分析與整理，尤其對航行體尾部產(chǎn)生的滑行力進行仿真計算，分析其產(chǎn)生的原因及過程，最后建立了超空泡航行體的非線性動力學(xué)模型，為系統(tǒng)動力學(xué)特性分析及控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 提出運用小擾動原理對非線性運動方程組進行線性化處理，推導(dǎo)了無尾舵運動模型與有尾舵模型的線性運動微分方程組；對于有尾舵模型提出采用空化器偏轉(zhuǎn)及尾舵偏轉(zhuǎn)為控制變量，推出了其狀態(tài)空間表達式；對于無尾舵模型，以空化器偏轉(zhuǎn)、航行體沖角及推力矢量偏轉(zhuǎn)為

3、控制變量，推出了無尾舵模型的狀態(tài)空間表達式，并對有尾舵控制模型及無尾舵控制模型的可控性及可觀性進行了分析。 由于水下超高速航行體本身的復(fù)雜性，航行體對象本身存在建模誤差、系統(tǒng)參數(shù)不確定或動態(tài)特性不能完全確定的諸多不確定因素，對于有尾舵模型以空化器偏轉(zhuǎn)及尾舵偏轉(zhuǎn)為控制量，采用魯棒極點配置算法設(shè)計控制器，仿真結(jié)果表明該方法可以有效地改進模型的動態(tài)穩(wěn)定性；對于無尾舵模型，以空化器偏轉(zhuǎn)、航行體沖角及推力矢量為控制變量，首先采用LQR方法