基于魯棒控制方法的潛艇運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重點(diǎn)向海洋的轉(zhuǎn)移,海洋的地位日益提高,而潛艇作為海上作戰(zhàn)的主要武器之一,一直受到各國(guó)海軍高度重視。現(xiàn)代水下作戰(zhàn)空間的不斷擴(kuò)大和反潛探測(cè)手段的日益提高,對(duì)潛艇操控性能也提出了更高的要求,現(xiàn)代潛艇需要具備更高的機(jī)動(dòng)性、更低的噪聲和更長(zhǎng)的續(xù)航能力,因此,研究高效、安全和低噪聲的潛艇控制系統(tǒng),對(duì)發(fā)揮武器作戰(zhàn)系統(tǒng)能力,提高潛艇的安全性、隱蔽性以及減輕成員工作強(qiáng)度都具有十分重要的意義。而潛艇在水下的空間運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是一個(gè)非線(xiàn)性、水平面

2、和垂直面運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)耦合性、自身動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨外界環(huán)境變化的時(shí)變系統(tǒng),同時(shí)由于受到外界海浪和海流的影響,潛艇水下運(yùn)動(dòng)具有很強(qiáng)的不確定性,這些都給系統(tǒng)的精確和穩(wěn)定控制提出了難題。要想提高潛艇系統(tǒng)的控制性能,就必須要在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)控制器時(shí)分析系統(tǒng)的不確定性,并在設(shè)計(jì)過(guò)程中予以考慮,因此專(zhuān)門(mén)用于分析和處理具有不確定性系統(tǒng)的魯棒控制在潛艇控制中得到了廣泛應(yīng)用和深入研究。
　　 潛艇水下運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng),具有慣性大、非線(xiàn)性強(qiáng)、環(huán)境干擾復(fù)

3、雜和參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn),難以用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮系統(tǒng)在不確定性存在的情況下,反饋控制器是否仍能滿(mǎn)足控制要求,這種情況下,經(jīng)典控制理論便顯得無(wú)能為力了,而魯棒控制正式針對(duì)這種控制系統(tǒng)而提出的,從綜合原理考慮,魯棒控制是一種適合實(shí)現(xiàn)潛艇空間運(yùn)動(dòng)操縱控制的方法,而且經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,魯棒控制領(lǐng)域已經(jīng)取得了許多重要研究成果,形成了若干可以用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析和綜合控制的理論方法,具有很好的理論基礎(chǔ),因此,我們將魯棒控制應(yīng)用于潛艇操

4、縱控制系統(tǒng)。
　　 本論文以潛艇六自由度空間模型為基礎(chǔ),結(jié)合姿態(tài)輔助方程,代入水動(dòng)力系數(shù)得到潛艇空間運(yùn)動(dòng)線(xiàn)性化模型,運(yùn)用常規(guī)PID控制、模糊自適應(yīng)PID控制和H∞魯棒控制三種控制方法分別設(shè)計(jì)控制器,并在MATLAB2010環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)仿真,得到仿真輸出,并進(jìn)行對(duì)比分析。之后將利用H∞狀態(tài)反饋控制方法針對(duì)潛艇的變深和定深兩個(gè)過(guò)程分別設(shè)計(jì)的控制器應(yīng)用于原始的非線(xiàn)性模型,對(duì)變深和定深兩個(gè)過(guò)程分別控制,變深過(guò)程中采用定角下潛控制器進(jìn)行