潜艇按照预定空间轨迹运动的控制.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潜艇按照预定空问轨迹运动的控制刘增言，潘国良，林莉，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：控制潜艇按照预定空间轨迹航行，通过减小潜艇实际运动轨迹和预定轨迹的轨迹偏差来提高潜艇的航行控制精度。通过解算。将轨迹偏差变成指令航向、指令深度和指令纵倾，运用最优控制方法来控制舵角的变化，使潜艇较精确的按照预定的空间轨迹航行。关键词：潜艇；轨迹偏差；轨迹控制；最优控制中图分类号：U664．82文献标识码：A文章

2、编号：1672—7649(2011)02—0052—04DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．02．012ResearchoncontrollingthesubmarinefollowsthepreconcertedspecialtrackLIUZeng-yan，PANGuo—liang，LINLi，LIMing(JiujiangBranch，the707ResearchInstituteofCSIC，Jiujiang332007，China)Abstract：Controllingasubmarinefollowstheprecon

3、certedspecialtrack，makinguseofminishingthetrackdeviationbetweentherealtrackandthepreconcertedtracktoimprovecontrolprecision．Throughconvertingthetrackdeviationintogivencourse，givendepthandgivenpitch，usingoptimalcontrollertocontrolthechangeofruddertocontrolthesubmarinefollowsthepreconce

4、rtedspecialtrackaccurately．Keywords：submarine；trackdeviation；trackcontrol；optimalcontroller0引言潜艇运动可看作是刚体在三维空间的六自由度运动。长期以来，潜艇的水中运动是按深度方向的垂直面运动和航向方位的水平面运动进行理论预报和操艇控制⋯。随着科技的发展，潜艇自身性能迅速提高，特别是隐身性提高、下潜深度加大、水下航速增快、探测距离增加和武器的命中精度提高等，使潜艇水下对抗作战变得日益复杂。潜艇潜深的加大和航速的提高，使得潜艇操纵控制方式向大纵倾、大攻角运动、空间机动、按预定空

5、间轨迹运动发展成为可能。目前，国际上掌握先进潜艇技术的国家已经实现或初步掌握了潜艇按照预定空间轨迹操纵的技术嵋。，可以预料未来潜艇的作战方式会发展到大潜深全程隐蔽、按预定轨迹快速机动、精确打击、螺旋规避等。本文提出了空间轨迹偏差的概念，用轨迹偏差来体现实际运动轨迹和预定轨迹的偏离程度，对轨迹偏差进行计算，得到潜艇操纵所需要的指令，通过减小轨迹偏差使得潜艇按照预定空间轨迹航行㈨。1空间轨迹的运动控制1．1空间轨迹表示方法潜艇的水下运动是一种空间运动，其空间轨迹可视为若干阶段运动轨迹的组合，这些线段的端点即为空间轨迹的转向点旧1，潜艇在每2个相邻的转向点之间进行空间直

6、线运动。本文借咎飞行器航迹表示方法，用空间位置点序列表示潜艇的航行轨迹，即潜艇航行的任一时刻，其运动状态表现为三维空间中的轨迹位置，各相邻轨迹点间用直线连接。空间轨迹点序列{A，A。，A：，⋯，A川，A。，B}中，A为起始点，B为目标点，A。，A：，⋯，A州，A。为中间转向点。每个转向点由其空间位置坐标(A。，9；，Hi)惟一确定Ho，A。为第i点经度，妒；为第i点纬度，日i为第i点深度，如图1所示。收稿日期：2010一09—21；修回日期：2010一11—04作者简介：刘增言(1983一)，男，硕士研究生，研究方向为潜艇操纵控制。第2期刘增言，等：潜艇按照预定空

7、间轨迹运动的控制·53·轨迹终点图1潜艇水下运动示意图Fig．1Submarineunderwatermovementfigure1．2轨迹偏差及轨迹控制算法控制潜艇按照预定轨迹航行，需要有1个量来体现实际轨迹偏离预定轨迹的程度，以判定控制效果的优劣。本文提出了空间轨迹偏差PH的概念作为控制性能指标，如潜艇沿预定空间轨迹从A点航行到曰点，则潜艇当前艇位与预定轨迹AB的空间垂向距离即为潜艇与预定轨迹的轨迹偏差。如图2在定系E一轫f中H1，A和日两点间的直线为预定的空间轨迹，P点为当前潜艇的实际位置。如潜艇沿预定空问轨迹从A点航行到曰点，则潜艇当前实际位置P与预定轨迹

8、AB的空间