超空泡航行体双通道控制分析

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1、万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonDualChannelControlofSupercavitatingVehicleCandidate:ZhaoDanSupervisor:Prof.HaoMengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandEngineeringDateofSubmission:Dec

2、.2013DateofOralExamination:Mar.2014University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律

3、结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用

4、本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据超空泡航行体双通道控制研究摘要对于传统的水下航行体来说，它的航行速度因为其所受到的表面摩擦阻力而造成了低航速的结果。然而，设计一种前端安装有空化器的航行体是有可能的，空化器能够产生和维持包裹航行体的空泡，这种技术叫做超空化技术。超空化技术的产生使人们看到了物体能在水下高速航行的希望，它极大的减小了作用在航行体表面的摩擦阻力。此

5、时的水下航行体被称为超空泡航行体，与普通的水下物体的40m/s的航速相比它的速度能到达300m/s以上。尽管空泡的产生实现了航行体的高速航行，但是同时也带来了一些问题。譬如：由于航行体的流体动力特性受到影响使得航行体的建模变得更复杂，进而给超空泡航行体的控制带来了严峻的挑战。本论文对在处于完全空化状态下的航行体进行受力分析，建立航行体的六自由度数学模型，并对超空泡航行体进行控制研究。主要工作如下：首先，对研究本论文的背景、目的和意义作简单介绍，论述分析国内外关于超空化技术、超空泡航行体以及超空泡航

6、行体的控制策略的研究现状。基于现有的相关文献和超空泡基本理论，详细分析两种常用的空泡模型。为了实现本文的研究目的，采用安装有两个自由度空化器和尾舵的超空泡航行体的配置方案。根据航行体的配置方案，在适当的坐标系上，研究航行体的动力学特性，在流体动力学、刚体动力学和牛顿定律的基础上，完成航行体的建模。然后，进行超空泡航行体的纵向通道控制研究。在一些假设条件下，对航行体的六自由度模型进行分解，建立超空泡航行体纵向通道的数学模型。并对模型进行开环仿真分析。由于模型具有非线性特性，采用动态逆的思想对模型进行

7、处理之后，设计纵向通道的最优控制器，实现对超空泡航行体的深度控制。最后，进行超空泡航行体的水平通道控制研究。在相关的模型简化条件下，实现模型的简化处理。假设航行体在水平面内运动时不影响其在纵平面内的运动，忽略横滚运动或假设横滚运动能够得到很好的控制，建立超空泡航行体的无横滚水平通道的数学模型。并对水平模型进行开环仿真分析。考虑到模型具有非线性特性，采用精确反馈线性化法对模型线性化处理之后，采用变结构控制理论对侧向位移进行控制，并提出利用此理论对其航向进行控制。实现航行体的侧移和偏航控制。关键词：超

8、空泡航行体；非线性模型；反馈线性化；最优控制器；变结构控制器万方数据哈尔滨工程大学硕士学位论文万方数据超空泡航行体双通道控制研究ABSTRACTForconventionalunderwatervehicle,becausetheysufferedfrictionlimititssailingspeed.However,thedesignofatopnavigationdeviceinstalledfreeofthebodyispossible,capableofgeneratin