潜艇垂直面运动的鲁棒控制.pdf

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1、第33卷第2期2011年2月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．2Feb．，2011潜艇垂直面运动的鲁棒控制刘健，林莉，郭亦平，李明(中国船舶重工集团公司第七。七研究所九江分部，江西九江332007)摘要：为了提高潜艇控制器对各种不确定性的适应性，探讨了潜艇垂直面运动的跟踪控制问题。通过研究潜艇线性化模型的状态方程，提出了一种基于混合灵敏度的鲁棒控制算法。仿真结果表明，该算法在满足控制精度的基础上，具有较好的动态特性和鲁棒性，对模型的摄动具有良好的适应性，能较好的应用于潜艇垂直面的运动控制。关键词：潜

2、艇；鲁棒控制；混合灵敏度；加权函数中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)02—0032—05DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．02．007SubmarinemotionrobustcontrolinverticalplaneLIUJian，LINLi，GUOYi—ping，LIMing(JiujiangBranch，the707ResearchInstituteofCSIC，jiujiang332007，China)Abstract：Inthispaper，submarin

3、emovementcontrolinverticalplanewasdiscussedandarobustarithmeticbasedonmix-sensitivitywasadvancedbystudiedthestatefunctionofsubmarinelinearmodel，whichtoenhancetheadaptabilityofsubmarinecontrolleronmultiplexindeterminacy．Thesimulatedanalysisshowsthattheproposedalgorithmpossess

4、espreferabledynamiccharacteristic，robustnessandwelladaptabilitytomodelindeterminacybasedoneligiblecontrolprecision．Tosamup，therobustarithmeticwillplayaimportantroleinverticalsubmarinemotionsystem．Keywords：submarine；robustcontrol；mix-sensitivity；weightfunction0引言非线性与不确定性是潜艇运动

5、的重要特征，基于试验模型得到的潜艇标准运动方程常常无法准确描述潜艇的运动过程¨1。潜艇在水下运动过程中，由于环境的变化、水深的不同和自身状态的改变等，都会引起潜艇运动响应发生较大范围的变化，呈现出不可忽视的时变特征。潜艇的这些复杂动力学特征和运动中存在的不确定性，对实现其高精度和高稳定度的运动控制带来了严重的困难。当系统中存在不可忽视的时变、非线性和不确定因素时，一些以精确数学模型为依据的控制设计方法就出现了不足和困难旧‘3-。因此，控制系统设计中必须考虑在不确定性存在的情况下，反馈控制器是否仍然能使被控系统稳定且满足希望的性能要求。自20世纪

6、80年代以来，从实践和理论方面都越来越深刻地认识到，在设计控制系统时，必须分析其不确定性，并在系统设计过程中予以考虑。鲁棒控制是一种适合于实现潜艇空间运动的方法，开展潜艇空间运动鲁棒控制技术研究，提高潜艇控制器对各种不确定性的适应性，是一件必要和有意义的工作。1潜艇垂直面运动线性化模型用潜艇六自由度空间运动方程来描述潜艇的运动⋯，其表示形式为：X=F(配，秽，埘，P，q，r，咖，0，妒，6)。(1)将式(1)在工作点Ⅱ=‰，埘=0，q=0附近线性化，并取与垂直面运动相关的量，得到潜艇垂直面收稿日期：2010—08—09；修回日期：2010—10

7、—08作者简介：刘健(1984一)，男，硕士研究生，研究方向为潜艇操纵控制及潜艇现代控制。第2期刘健，等：潜艇垂直面运动的鲁棒控制·33·运动的线性状态方程‘4。：rX=AX4-BULY=CX．童=[ti，奇西}]7，’X=[埘U=[觅氐]’，Y=[0f]’A=B2C=All(Mo)A2l(配o)OA。2(‰)A22(“o)A32(髓o)g0f]’，A13(Ⅱo)0A23(uo)00A43(Mo)0式中：酩。为航速；埘为垂向速度；譬为纵倾角速度；0为纵倾角；f为深度；6，为尾舵舵角；6。为首舵舵角。2基于混合灵敏度的鲁棒控制器设计方法2．1潜艇

8、垂直面运动控制系统的基本结构潜艇垂直面运动的基本控制系统框图如图1所示。图1潜艇垂直面运动控制系统的基本结构Fig．1Submarinevertica