超空泡航行體非線性動力學建模與控制設計.pdf

1、超空泡航行體是新一代的水下超高速武器，合理利用超空泡技術(shù)可使航行體在水中的阻力減少90％左右。超空泡航行體利用高速航行時自然形成或人工通氣形成的覆蓋物體大部分表面或全部表面的超空泡的減阻特性，使水下魚雷航速提
　　超空泡航行體在具有高速特性的同時，與傳統(tǒng)水下航行體的特性相比也有著顯著的區(qū)別，由于航行體大部分表面被氣體覆蓋而引起的浮力缺失問題給動力學建模與控制方面帶來了極大的挑戰(zhàn)。本文針對超空泡航行體的非線性動力學建模與控制問題開展

2、了深入的研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　基于空泡獨立膨脹原理分析了空泡的記憶效應及其對空泡形態(tài)的影響，考慮了空化器的定向效應、空泡尾部的上飄變形及尾翼效率的變化，詳細分析了超空泡航行體所受的流體動力，建立了超空泡航行體的非線性動力學模型，為系統(tǒng)的動力學特性分析和控制策略設計奠定了基礎。
　　將超空泡航行體非線性動力學模型簡化為縱向運動的動力學模型，得到了不同初始條件下動力學模型的無控仿真結(jié)果，分析了空化器和尾翼對超空泡航行體穩(wěn)

3、定性的影響；研究了初始擾動對滑行力的影響，結(jié)果表明隨著初始擾動的增大而增大，在不同空化數(shù)條件下系統(tǒng)具有相似的動力學響應。
　　針對超空泡航行體的深度跟蹤問題，設計了基于輸入/輸出精確線性化的深度跟蹤控制器，仿真結(jié)果表明控制器深度跟蹤效果較好，但容易出現(xiàn)調(diào)節(jié)器飽和問題；在其基礎上，進一步設計了避免滑行力出現(xiàn)的預測控制方法，對該控制方法進行了仿真分析，仿真結(jié)果表明：通過約束航行體尾部和空泡壁的距離使尾部不與空泡壁相接觸，設計的預測控制