水下高速航行體系統(tǒng)建模與仿真技術研究.pdf

1、超空泡水下高速航行體利用其周圍產(chǎn)生的空泡達到減小阻力的目的，進而實現(xiàn)水下超高速航行。超空泡技術的研究對于水下高速航行體的研制具有重大影響，同時對于海軍裝備的研發(fā)具有深遠意義，因此許多國家都斥以巨資對其進行開發(fā)研究。本文主要完成水下高速航行體系統(tǒng)建模與仿真技術的研究。
　　 首先，根據(jù)水下高速航行體的航行特點，對其進行配置方案的設計和空泡產(chǎn)生條件的研究，介紹了研究航行體時用到的基本坐標系，建立了航行體運動學模型；之后，對航行體進行

2、受力分析，詳細分析了水下高速航行體的空化器受力情況，滑行力及推力，建立了水下高速航行體動力學模型；應用牛頓運動定律及動力學理論建立了水下高速航行體的非線性方程組，同時結合相應的假設條件對所得航行體數(shù)學模型進行了線性化處理；最后，運用所得線性定深控制模型完成仿真實驗。仿真結果表明，所得模型能夠反映航行體運動相關特性。
　　 其次，運用系統(tǒng)辨識方法對水下高速航行體系統(tǒng)進行了定深控制模型的建立。介紹了系統(tǒng)辨識的基本過程及方法，通過實驗

3、數(shù)據(jù)的預處理，模型結構和參數(shù)的辯識以及模型的驗證等步驟完成了水下高速航行體系統(tǒng)定深控制模型的建立，同時在不同的輸入情況下仿真，對模型進行驗證。
　　 再次，通過傳統(tǒng)的PID控制算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡結合，設計了神經(jīng)網(wǎng)絡自適應PID控制算法，并通過仿真在線調(diào)節(jié)控制參數(shù)得到較好的PID控制參數(shù)值。從仿真結果可以看出，神經(jīng)網(wǎng)絡自適應PID控制具有相對較理想的動態(tài)響應特性，能夠達到很好的定深控制效果。
　　 最后，分析了水下高速航行

4、體半實物仿真系統(tǒng)的結構和工作原理，并根據(jù)系統(tǒng)需求完成了半實物仿真系統(tǒng)軟件的編寫。根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)情況下仿真實驗所得數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行頻譜分析，判斷所選采樣間隔是否合理；將航行體定深控制模型、仿真所得辨識模型加入到系統(tǒng)中進行比較，驗證了定深控制模型的有效性；之后，在數(shù)字仿真中加入常規(guī)PID算法和神經(jīng)網(wǎng)絡自適應PID算法完成航行體定深控制實驗，同時加入不同干擾進行仿真，驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡自適應PID算法具有更好的抗干擾能力；最后，對系統(tǒng)控制器、傳感器等