一种水下超高速航行体级联控制方法技术

本发明专利技术提供一种水下超高速航行体级联控制方法，通过建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，建立纵向运动误差模型模块，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，建立级联子系统模块，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及系统误差，子系统2采用模糊滑模控制方法消除系统误差，建立控制效果仿真模块，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。本发明专利技术步骤完整、易于工程实现，将级联控制方法应用到水下超高速航行体的控制当中，能够简化航行体控制器的设计过程，并且能够为水下超高速航行体的稳定航行提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种水下超高速航行体级联控制方法
本专利技术属于水下航行控制领域，具体涉及一种水下超高速航行体级联控制方法。
技术介绍
超空化技术是一种奇特的水下航行体减阻技术，能够显著地减少航行体所受的流体阻力。采用超空化技术实现高速航行的水下超高速航行体可以实现超过100m/s的水下高速直航航行。由于空泡的包裹使得航行体的沾湿面积显著减小，只有安装在顶端的空化器、航行体后部的尾翼、尾部露出空泡的沾湿区域，因而相比于常规水下航行体，水下超高速航行体由于流体提供的升力的作用方式及数值大小都有明显改变，其中作用在航行体尾部的非线性流体动力称为滑行力。滑行力是一种水下超高速航行体特有的非线性作用力，该作用力可以导致航行体的尾部震荡，尾拍等不稳定现象，从而使得航行体的稳定航行受到极大的挑战，也使得水下超高速航行体稳定控制器的设计成为航行体稳定航行体的瓶颈问题之一。因此，采用合理的技术方法设计控制器是十分必要的。级联控制方法，在分析非线性动力学系统的稳定性时，能够按照低阶系统的互联建立系统模型，可分两步进行稳定性分析：第一步是将系统分解成更小的孤立子系统，并分析每个子系统的稳定性，而不考虑他们之间的连接；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：步骤1.建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，模型具有水下超高速航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，由模型代替实际的航行体；步骤2.建立水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型，通过模型计算，得到航行体的质心位移z、航行体的纵向俯仰角θ、航行体的垂向速度w、航行体的俯仰角速度q；步骤3.建立纵向运动误差模型模块，由水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型得到的结果，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，得到航行体的垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ、垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；步...

【技术特征摘要】
1.一种水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：步骤1.建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，模型具有水下超高速航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，由模型代替实际的航行体；步骤2.建立水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型，通过模型计算，得到航行体的质心位移z、航行体的纵向俯仰角θ、航行体的垂向速度w、航行体的俯仰角速度q；步骤3.建立纵向运动误差模型模块，由水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型得到的结果，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，得到航行体的垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ、垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；步骤4.建立级联子系统模块，将水下超高速航行体纵向误差运动模型分解为两个子系统，分别为子系统1和系统2，子系统1为位移量控制，系统2为速度量控制，由水下超高速航行体纵向运动误差模型得到的结果，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ，子系统2采用模糊滑模控制方法消除垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；步骤5.建立控制效果仿真模块，运用数值分析软件Matlab，对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。2.根据权利要求1所述的一种水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于：步骤2所述的水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型描述为其中z为航行体的质心位移，θ为航行体的纵向俯仰角，w为航行体的垂向速度，q为航行体俯仰角速度。V为航行体的前向航行速度，通常是常速。A0为第一参数矩阵，B0为第二参数矩阵，C0为第三参数矩阵，D0为第四参数矩阵，δf为尾翼的控制偏转角，δc为空化器的控制偏转角度。Fp表示超空泡航行体的尾部非线性滑行力，3.根据权利要求1所述的一种水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于：步骤3所述的计算超空泡航行体实际运动与设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵新华，韩双泽，叶秀芬，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23