水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计.pdf

《水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第38卷第2期2016年2月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．38，No．2Feb．，2016水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计赵宝强(中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064)摘要：水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景，由于水下滑翔机长时间、大范围在水下作业，受海洋波浪影响严重，因此要求其具有优良的抗干扰能力。本文首先对水下滑翔机俯仰回路多阶水动力模型进行Pade’降阶，随后针对降阶后的模型设计了

2、Qzr鲁棒控制器，系统仿真结果表明在该控制器作用下，系统鲁棒性较强。关键词：水下滑翔机；定量反馈理论；鲁棒性中图分类号：P715．5文献标识码：A文章编号：1672—7649(2016)2—0135—05doi：10。3404／j。issn．1672—7649．2016．2。027ThehorizontalfixedwingdesignofunderwatergliderZHAOBao—qiang(ChinaShipDevelopmentandDesignCenter，Wuhan430064，Chi

3、na)Abstract：Underwatergliderhasbroadapplicationprospectinmarinescientificresearch，environmentalmonitoring，resourceexplorationandmilitaryreconnaissanceetcsinceitconsumptslessenergy，costslessandhaslessnoise．Theseawavehasaseriousimpactontheunderwaterglide

4、rbecauseitworksnotonlyinalargeunderwaterrangebutalsoforalongtime．Soitisrequiredagoodrobustperformance．Inthispaper，theunderwatergliderpitchloopmulti-orderhydrodynamicmodelwasPadeorder—reducedfirstly，thentheQFTrobustcontrollerwasdesignedfortheorder—reduc

5、edmodel，systemsimulationresultsshowthatunderthecontrolofthecontroller，thesystemhasstrongrobustness．Keywords：underwaterglider；quantitativefeedbacktheory；robustness0引言水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它通过改变自身重心相对于浮心的位置和净重力的大小来驱动滑翔机在水下的运动，通过调节尾舵舵角或改变横滚姿态实现转向，它具有成本低、噪声小、自主

6、性强、维护费用低、重复利用率高、操作简单、对母船依赖性小，可实现编队协同作业等优点，使得水下滑翔机具有广阔的应用前景¨。1。水下滑翔机在水下工作时受到外部环境的严重干扰，主要包括信号干扰和动态扰动。信号干扰主要是输入信号、输出信号和各种电子信号受噪声的干扰；动态扰动主要指外部环境对水下滑翔机有影响的无模型的动力学部分，例如海洋内波、洋流、表面波浪等。这些扰动造成了已建立的水下滑翔机数学模型与实际系统动力学特性之间的差异。严重影响到了水下滑翔机的系统性能，所以在设计控制器需要考虑鲁棒性。Leonard

7、和Graverp“1在建立的模型基础上设计了线性二次型(LQR)最优控制器；Bhatta"1在稳定性分析基础上探索了多种控制律。本文在对水下滑翔机俯仰回路多阶水动力模型进行Pade降阶的基础上设计了Qzr鲁棒控制器，系统仿真结果表明在该控制器作用下，系统鲁棒性较强。收稿日期：2015一06—12；修回日期：2015一08一12基金项目：国家科技重大专项资助项目(2011ZX05027)；国家自然科学基金资助项目(51279107)作者简介：赵宝强(1990一)，男，助理工程师，研究方向为舰船总体设计

8、。·136·舰船科学技术第38卷图1水下滑翔机原理样机Fig．1Underwatergliderprototype1水下滑翔机俯仰回路水动力模型文献[6]对研制完成的水下滑翔机原理样机(见图1)进行了三维定常运动建模，本文在此模型基础上建立俯仰回路单输入单输出(SISO)系统模型，令状态变量x=(妒，p，移，，”：，∥，，力。，力：，力，)’，控制量u=z。，输出量Y=0，模型可写成状态空间方程形式：X=AX+BM，(1)经转换，俯仰回路模型传递函数为一1．82s6—