潛器變向軸全方位推進器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、目前,在海洋開發(fā)和海洋工程中,潛器要執(zhí)行各種復雜的任務,并且隨著各項技術水平的發(fā)展,潛器完成任務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,潛器推進器的小型化、智能化、高效率和高機動性能越來越受到研究者的關注。針對海洋潛器的空間全方位機動行進要求,常規(guī)的推進方式已經(jīng)不能滿足研究者對潛器設計的需求。為了使?jié)撈骶哂懈鼉?yōu)良的操縱性能,矢量推進技術應運而生,由此而產(chǎn)生的矢量推進系統(tǒng)更是代表了潛器

2、推進系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,也必將成為潛器的主要推進系統(tǒng)之一。本文提出的變向軸全方位推進器正是基于矢量推進技術而設計的一種潛器推進裝置,因此,研究潛器變向軸全方位推進器控制系統(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器的工作機理,提出了變向軸全方位推進器的系統(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、進器控制系統(tǒng)數(shù)學模型。采用圖譜計算法,通過分析常規(guī)槳的敞水特性圖譜,運用回歸分析方法計算變向軸全方位推進器的敞水特性,建立了可用于工程計算的水動力數(shù)學模型。通過分析變向軸全方位推進器的矢量力分解過程,建立了各坐標軸上推力的數(shù)學模型,為潛器變向軸全方位推進器的運動控制奠定了基礎。在此基礎上,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)的設計。
　　接著,本文

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

5、　最后,本文研究了裝有變向軸全方位推進器的潛器位姿智能控制問題。針對潛器的運動特點,將潛器位姿智能控制系統(tǒng)劃分為三個獨立的控制系統(tǒng)并分別設計了水平面運動控制器、垂直面運動控制器和空間運動控制器。在研究水平面運動控制時,考慮到控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)潛器的水平回轉(zhuǎn)運動,引入反演設計思想,提出基于反演的模型參考自適應滑模控制方法,同時在滑模控制算法中引入自適應規(guī)律,解決了系統(tǒng)復雜性的問題,有效地克服了系統(tǒng)的復雜性和不確定性等因素的影響。在研究垂直面

6、運動控制時,考慮到潛器在垂直面運動過程中重心和浮心變化較強,提出采用模糊滑?？刂品椒▉韺崿F(xiàn)對潛器的垂直面運動控制,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。在研究空間運動控制時,考慮到系統(tǒng)是非線性、時變性、不確定性并存的耦合多變量系統(tǒng),很難建立其精確數(shù)學模型。本文引入