基于pid的潜器悬停控制仿真研究

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1、第32卷第5期舰船科学技术Vo1．32，No．52010年5月SHIPSCIENCEANDTECHN0L0GYMay，2010基于PID的潜器悬停控制仿真研究熊瑛，许建，何树阳(中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064)摘要：潜器水下悬停是指潜器在水下无航速时深度的保持和变动。这是一个非线性过程，随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化。传统的控制方法缺乏自适应能力从而影响了控制效果。通过对潜器水下悬停运动的基本特征、实现条件及造成悬停深度不稳定等因素进行分析，建立潜器悬停运动数学模型及干扰力计算模型。并运用PID控制技术对潜器水下悬停运动的控制进行仿真研究，为潜器实

2、现悬停提供技术支持和保障。关键词：潜器；悬停；仿真中图分类号：U674．76；U661．33文献标识码：A文章编号：1672—7649(2010)05—0107—04DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2010．05．027SimulationofsubmarinehoveringbasedonPIDcontrolXIONGYing，XUJian，HEShu—yang(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter，Wuhan430064，China)Abstract：Theunderwaterhoveringofsubm

3、arineistokeepandalterdepthatzerospeed．Itisanonlinearprocesswhichchangeswiththestateofsubmarineandthedifferenceofnavigationalcondition．Traditionalcontrolmethodsaffecttheeffectbecauseoflackingofadaptivecapability．Analysisismadeonmotioncharacters，realizingconditionsanddisturbingfactorsfors

4、ubmarine．Andthesubmarinehoveringmathematicmodelisestablished，aswellasthedisturbingforceexpression．PIDcontrolisusedtosimulatesubmarinehovering，whichprovidesthetechnologysupport．Keywords：submarine；hovering；simulation1．1水下悬停运动特性0引言水下航行的潜器需悬停时，一般先降速到经济航悬停也称悬浮，是潜器水下重要停泊方式之一，行工况，停车后经仔细均衡实现潜器悬

5、停。但潜器的是指潜器水下航行状态停车后，经准确均衡，利用专受力状态不可能完全达到平衡，导致潜器悬停深度存用压载水舱的注、排水，实现潜器无航速下深度控制在不稳定现象，这是因为潜器所有垂向力的合力不完的操艇方式。严格意义下的潜器悬停是潜器对于海全为0，同时所有纵倾力矩的合力矩不完全为0。另底相对静止的一种运动状态，而通常所说的悬停是指外，外界的干扰也是造成潜器悬停深度不稳定的原一般意义的悬停，是指潜器螺旋桨的停转，保持与海因。主要包括以下2个方面。。⋯：水的相对静止，主要任务是保持悬停深度和动平衡。1)艇体压缩的变化。由于潜水深度的变化，造潜器进行悬停可有效降低潜器噪声，

6、提高隐蔽性，增成艇体体积的改变而使潜器浮力改变。大目标探测距离；减少用电量，延长充电间隔时间，增2)海水密度的变化。由于海水盐度、温度的变加水下潜航时间；悬停操纵时潜器的机动性好。化，引起潜器的浮力改变。此外，外界干扰还有海流。近水面悬停还会有风l潜器水下悬停运动特性及数学模型研究浪的扰动作用。通常在悬停期间只控制悬停深度，不收稿日期：2009—09—24；修回日期：2009—10—26作者简介：熊瑛(1978一)，男，博士研究生，研究方向为船舶与海洋结构物设计制造。·108·舰船科学技术第32卷控制艇位，因此对海流的影响不予考虑，但应该选择根据潜器水下悬停运动情况的

7、基本假定，经简化流速较小的开阔海域实施悬停。海况的影响，随着悬可得潜器悬停运动基本数学模型⋯，如式(1)所停深度的增大，波浪力呈指数衰减，或选择海况较低示：的海域悬停，所以，在3O～40m水深以下悬停时，可=g+L”II+不考虑海况的影响。为了保持悬停的指令深度，根据悬停深度偏差的l2t一lI+(+z-++Z3)，大小及偏差变化的快慢，适量提前注、排水。实操经￡q+21‰(1)验表明，实现比较成功的悬停，对中型潜器的一次注、r排水量大约50—100L左右，悬停艇仅出现有限的缓l山I一+，慢的深度变化，垂速很小，纵倾也很小，纵向首尾移水量甚少。因为扰动