水下超高速航行體動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shì)打擊、攔截陸?？崭鞣N軍事目標(biāo)，并以遠(yuǎn)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(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目“水下超高速運(yùn)動(dòng)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(duì)水下超高速航行體的動(dòng)力學(xué)建模及縱向運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，主要工作如下： 運(yùn)用剛體動(dòng)力學(xué)原理和船舶運(yùn)動(dòng)建模理論，對(duì)有尾舵與無(wú)尾舵的超高速

2、航行體運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行受力分析與整理，尤其對(duì)航行體尾部產(chǎn)生的滑行力進(jìn)行仿真計(jì)算，分析其產(chǎn)生的原因及過(guò)程，最后建立了超空泡航行體的非線性動(dòng)力學(xué)模型，為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性分析及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 提出運(yùn)用小擾動(dòng)原理對(duì)非線性運(yùn)動(dòng)方程組進(jìn)行線性化處理，推導(dǎo)了無(wú)尾舵運(yùn)動(dòng)模型與有尾舵模型的線性運(yùn)動(dòng)微分方程組；對(duì)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(dá)式；對(duì)于無(wú)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(wú)尾舵模型的狀態(tài)空間表達(dá)式，并對(duì)有尾舵控制模型及無(wú)尾舵控制模型的可控性及可觀性進(jìn)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(duì)象本身存在建模誤差、系統(tǒng)參數(shù)不確定或動(dòng)態(tài)特性不能完全確定的諸多不確定因素，對(duì)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(diǎn)配置算法設(shè)計(jì)控制器，仿真結(jié)果表明該方法可以有效地改進(jìn)模型的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；對(duì)于無(wú)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