水下高速航行體控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、水下高速航行體采用超空泡技術(shù)將航行體包裹在空泡內(nèi),其所受阻力將大大減少,使得航行體在水中獲得了極高的速度。因此許多國家都投入巨資研發(fā)基于超空泡減阻技術(shù)的水下高速航行體。開發(fā)具有可控能力的超空泡航行體面臨許多難題,如超空泡航行體潛在的不穩(wěn)定、航行體與空泡間復(fù)雜的非線性接觸等。本文提出了基于DSP的水下高速航行體定深控制系統(tǒng)方案,并對水下高速航行體的數(shù)學(xué)建模、定深控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行了深入研究。主要內(nèi)容如下:

2、r>　　 首先,介紹了水下高速航行體的工作原理,根據(jù)水下高速航行體的自身特點(diǎn),討論了水下高速航行體的一般配置及可采用的幾種控制方法;根據(jù)水下高速航行體的穩(wěn)定模式,提出了采用空化器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),提出了基于DSP的水下高速航行體的定深控制系統(tǒng),給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,描述了系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能,給出了航行體的深度及空化器角度測量方法。
　　 其次,論文根據(jù)現(xiàn)有的資料,選取了合適的坐標(biāo)系,定義了航行體的運(yùn)動參數(shù),詳細(xì)分析超空泡航行體的空

3、化器、尾部等受力情況,在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用牛頓定律及相關(guān)動力學(xué)理論建立了水下高速航行體的非線性運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)模型,并根據(jù)小擾動理論及假設(shè)條件將航行體的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化處理。
　　 再次,根據(jù)水下高速航行體的線性數(shù)學(xué)模型,分析了水下高速航行體的開環(huán)特性。設(shè)計(jì)PID控制器并進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,當(dāng)有擾動存在時(shí),PID控制器控制效果不理想。根據(jù)模糊控制適應(yīng)性強(qiáng)和PID控制穩(wěn)態(tài)誤差小等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來設(shè)計(jì)了適合本系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID控制器,將

4、航行體的實(shí)時(shí)深度與給定深度的誤差以及誤差的變化率進(jìn)行了合理的分級,并根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)曲線設(shè)計(jì)了模糊控制規(guī)則,用模糊自適應(yīng)PID控制器用以改善航行體的控制性能,提高系統(tǒng)的動、靜態(tài)響應(yīng)。仿真結(jié)果顯示設(shè)計(jì)的模糊自適應(yīng)PID控制器與一般PID控制器都能滿足系統(tǒng)要求。但具有干擾情況下,模糊自適應(yīng)PID控制器具有較強(qiáng)魯棒性。
　　 最后,對定深控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)。硬件部分詳細(xì)論述了DSP主控電路、舵機(jī)驅(qū)動電路、邏輯控制電路、供電電路等主