超空泡航行體縱向運動魯棒控制研究.pdf

1、在水下航行體所受到的阻力遠遠大于在空氣中受到的阻力，這嚴重制約著航行體速度的提高。超空泡技術作為水下航行體的有效減阻方法，近年來吸引了越來越多學者的興趣。在超空泡航行體的研制過程中，其數學建模和控制技術一直都是最為關鍵的部分。當航行體包裹于空泡中時，一方面航行體遇到的阻力急劇降低，高速航行成為可能，另一方面航行體受到的流體動力及其力矩平衡方式也隨之改變，這些都使超空泡航行體的動力學建模和控制變得極為難度。因此研究超空泡航行體的數學模型及

2、其機動控制方法具有重要的理論和現實意義。本文重點對超空泡航行體縱向運動的數學模型進行了分析，在此基礎上完成了航行體縱向運動的控制方法設計與仿真分析。
　　本文首先建立了航行體的體坐標系，在該坐標系下分析了航行體在水中運動時受到的力和力矩，包括重力、空化器受力、尾舵受力、滑行力以及這些力對應的力矩。重點分析了航行體與空泡壁相互作用產生的滑行力的兩種建模方法。在受力分析以及力矩分析的基礎上，最終建立了航行體縱向運動的非線性的運動學方程

3、以及動力學方程。其次完成了基于頻域絕對穩(wěn)定方法的超空泡航行體非線性控制研究：將系統(tǒng)模型變換為線性部分與非線性環(huán)節(jié)反饋連接的形式，在此基礎上運用圓判據設計了非線性狀態(tài)反饋控制器，對滑行力的建模不確定性和參數不確定性情況下控制器的控制品質進行了仿真分析。然后在分析航行體數學模型特點的基礎上，設計了基于圓判據的反演控制器，對該控制器的控制效果進行仿真分析，并且對比了反演控制器與前文所述非線性控制器的控制效果。再次完成了超空泡航行體時域絕對穩(wěn)定

4、控制器的設計：將滑行力的非線性特性表示成扇形區(qū)域條件，結合Lyapunov方法設計了狀態(tài)反饋控制器。所設計的控制器是以線性矩陣不等式(LMI)的形式給出的，可以方便的解算控制器的參數。針對系統(tǒng)處于噪聲干擾情況下的控制器的控制品質進行了仿真分析。最后完成了超空泡航行體線性參數變化(LPV)控制器設計：通過將滑行力建模為時變參數與狀態(tài)變量乘積的形式，將原系統(tǒng)表示為系統(tǒng)矩陣仿射依賴于時變參數的LPV模型，在此基礎上運用Lyapunov方法設計