低速变质量水下航行器操纵性的多级模糊综合评判

基于潜艇操纵性评判的研究,通过对低速变质量水下航行器特征的分析,提出了一种低速变质量水下航行器操纵性评价方法——多级模糊综合评判。选取对低速变质量水下航行器操纵性影响显著的性能指标建立了评价因素集,采用岭型分布隶属度函数计算了评判因素集评判矩阵,运用模糊层次法确定了各评价因素集的权重集,通过模糊运算得到了操纵性模糊评判结果。多级模糊综合评判可对低速变质量水下航行器的操纵性进行定量分析,计算结果可靠性高,可为工程应用提供参考。

具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制

本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性.

自主水下航行器的自适应反演变结构控制器设计

由于水下航行器是高度耦合、复杂的多输入多输出不确定性非线性系统。对水下航行器进行精确作业时的运动控制一直是其实用化过程中困扰人们的问题。将自适应反演控制技术和变结构控制策略相结合,提出了一种基于反演技术的自适应变结构控制器设计方法,实现AUV水平侧移和航向控制,并利用自主水下航行器模型进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制方法对模型不确定性和不确定环境干扰表现出良好的鲁棒性和自适应性。

自主水下航行器的二阶滑模变结构控制

为了消除传统的滑模控制在实际应用中所产生的抖动问题.运用了高阶滑模的设计思想设计了二阶滑模控制器.它不仅可以消除系统的抖动问题.还对系统存在的不确定性具有良好的鲁棒性,文中将这一方法运用于自主水下航行器,仿真结果表明,能够有效的消除系统的抖动。

水下航行器热动力推进系统的非线性变结构控制仿真研究

在对水下航行器热动力推进系统非线性模型进行合理简化的基础上 ,首次采用趋近律法设计了水下航行器变速变深运动的动力推进系统变结构控制器 ,并进行了数字仿真。仿真结果表明 ,所设计的控制器控制精度高 ,抑制抖振效果显著 ,且该方法物理概念清晰 ,算法简单、易于实现 ,对水下航行器热动力推进系统控制的工程应用有实用价值。

自主水下航行器的软变结构控制

研究自主水下航行器系统的软变结构控制策略问题。首先分析软变结构控制系统的结构特征,利用双曲正切函数,给出控制受限情形的软变结构控制策略。其次利用Lyapunov稳定性理论,讨论自主水下航行器软变结构控制系统的稳定性,然后构造了基于双曲正切函数的软变结构控制器,给出自主水下航行器软变结构控制的具体算法。基于双曲正切函数的自主水下航行器软变结构控制系统调节精度高,响应速度快,有效地削弱了系统抖振。最后通过一个仿真实验,比较了自主水下航行器垂直深度通道的4种控制策略对系统性能的影响,从而验证了研究方法的有效性。

基于实测频响函数水下航行器附加质量识别方法研究

附加质量对水下航行器的结构设计有着重要的影响。针对水下航行器在流体中由于流固耦合所产生的附加质量问题,在用高等流体力学对附加质量进行描述的基础上,提出了根据实测频响函数来识别水下航行器附加质量的方法。该方法不但可以计算总的附加质量,而且可以计算其分布情况。仿真算例证明了该方法的正确性和可行性,结果表明该方法有效且有很高的精度,满足工程应用的需要。

无人水下航行器横滚控制系统反演变结构设计

针对无人水下航行器横滚通道的非匹配不确定性控制问题,提出一种非线性反演设计方法,将反演过程中的虚拟控制量的导数作为不确定性项,引入自适应机制对其上界进行估计,并采用变结构控制克服系统的不确定性,利用Lyapunov理论证明系统的稳定性.结果表明,在流体动力参数摄动情况下,本文方法具有良好的鲁棒性和自适应性,满足无人水下航行器快速横滚控制的要求.

水下航行器变舵角滑行阻力数学建模分析

水下航行器变舵角行进过程中,受不同行进方式下的滑行阻力影响,造成能耗较高。为此,提出水下航行器变舵角滑行阻力数学建模分析方法。利用Ansys ICEM软件完成水下航行器的数值建模,并设定模型参数以及工况,在此基础上构建航行器的数学模型。在变舵角行进过程中根据构建的数学模型分析水下航行器的受力变化情况;通过控制水翼转角改变水下航行器的舵角,分析变舵角工况下水下航行器在水平运动、下潜运动和上升运动过程中受到的阻力。

新型远程自主水下航行器侧向滑模变结构控制

根据新型远程自主水下航行器操纵机构的组成和特点,建立了其侧向运动的非线性数学模型,并进行了线性化处理。在此基础上,基于变结构控制理论,分别研究了基于垂直舵的侧向低速巡航控制和高速巡航控制及基于前、后侧向推进器的悬停转向控制。仿真结果表明,该控制器可满足水下航行器侧向巡航控制和悬停转向控制的需要,并对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性。

基于虚拟质量法的水下航行器燃料贮箱模态分析

为分析并解决水下航行器燃料贮箱结构共振问题,基于虚拟质量法建立了水下航行器燃料贮箱有限元模型,对燃料贮箱干状态、充液状态进行模态仿真计算,提取前4阶呼吸模态固有频率及振型,研究不同隔板位置对贮箱结构振动特性的影响,获得隔板位置与模型固有频率最大值的对应关系,为燃料贮箱结构设计、性能改进提供数值依据。

水下航行器附加质量数值计算方法

附加质量力是水下航行器在非定常运动中所受到的流体惯性力,其实验或数值计算过程均涉及非定常运动,结果获取难度大。为了进一步提高水下航行器附加质量参数的计算精度和效率,基于动参考系的计算思想,耦合3D N-S方程和k-epsilon湍流模型,建立了水下航行器非定常运动的流场计算模型;对椭球、圆柱标准模型的惯性力特性以及水下航行器的全部附加质量特性进行了数值仿真。结果表明,椭球、圆柱附加质量的数值计算结果精确,且水下航行器附加质量的计算误差不超过10%。文中所提方法将有助于水下航行器总体设计和水动力计算。

自主水下航行器变浮力系统研究现状及控制技术

变浮力系统(VBS)在自主水下航行器(AUV)上的应用极大地提高了AUV的操纵性能、续航能力、对环境变化的适应能力以及完成多种任务的能力。AUV种类繁多,配置的VBS也各不相同,有必要深入研究AUV的变浮力系统及其控制技术。首先,针对AUV不同类型VBS的原理和特点进行详细说明,并总结其适用场景;然后,对VBS在AUV操纵控制上的典型应用进行介绍,包括均衡、悬停以及着陆、坐底等;接着,对变浮力AUV现有的浮力调节技术、浮力观测技术以及协同操控技术进行综述与评价;最后,对变浮力AUV的发展前景进行展望。

基于反步滑模算法的水下无人航行器变深控制

针对水下无人航行器(UUV)的深度控制问题,提出一种反步法与滑模控制相结合的变深控制策略,避免了一般反步法中因虚拟控制量调节过度而导致的UUV姿态失衡问题。首先,基于反步法和Lyapunov稳定性理论设计纵摇角和纵摇角速度两个虚拟控制量,并建立误差方程;然后,引入一阶滑模面并结合李雅普诺夫第二方法设计控制律,消除部分模型非线性项,保证所有状态误差全局渐进收敛于零;最后,对两组仿真算例进行分析。结果表明:在慢时变有界干扰下,所设计的控制器具有较好的深度跟踪性能和鲁棒性。

实测模态参数在水下航行器附加质量识别中的应用

针对水下航行器在流体中由于流固耦合所产生的附加质量问题,在用高等流体力学对附加质量进行描述的基础上,利用模态参数识别理论,提出了根据实测模态参数来识别水下航行器附加质量的方法。该方法不但可以计算总的附加质量,而且可以计算其分布情况。

水下航行器动力系统装配质量量化评估及优化

水下航行器电动力系统的装配质量优化问题是一个包含多变量和多约束的多目标优化问题,为了提高水下航行器动力系统装配质量,提出一种基于粒子群进化寻优的装配质量量化评估及优化方法。分析水下航行器动力系统的结构组成,并对电磁力、功率损耗和效率等相关参数解算。以水下航行器电动力系统的材料成本、装配效率、功率损耗、性能以及体积/重量等参量为约束指标,采用支持向量机模型进行动力系统装配质量指标参数自适应量化特征分解,构建装配质量优化的控制目标函数,采用粒子群进化寻优方法进行目标函数的最优解求解,提高了整个水下航行器动力系统装配质量评估和全局稳定性。仿真结果表明,采用该方法进行水下航行器动力系统装配质量量化评估的准确性较高,全局收敛性较好,实现状态过程质量优化预测,改善了系统装配质量。

仅利用位置信息的自主水下航行器主从式编队控制方法

研究了自主水下航行器的主从式编队控制问题,提出了跟随者仅利用领航者的位置及航向信息,而不利用领航者的速度、角速度和动力学模型信息的编队控制方法。根据领航者的运动状态及期望的编队队形推导出跟随者的参考路径,并仅利用领航者的位置及航向信息设计一虚拟航行器,使其轨迹与参考路径在有限时间内重合。考虑了水下航行器的参数不确定性以及海流干扰等特点,给出了跟随者的自适应变结构控制律,使得跟随者沿着虚拟航行器的轨迹运动,从而与领航者保持期望的距离,达到编队控制的目的。仿真结果表明所提出的算法是有效的。

水下航行器壳体的特殊生产过程质量控制研究

武器装备生产过程的管理影响着产品质量,而特殊生产过程形成的质量特性又不易获知。结合水下航行器壳体的生产工艺,介绍了特殊生产过程的相关概念,分析了过程因素的确认、测量和控制等方面,论述了相关的质量特性、检测方案和质量控制问题,并对关键问题进行了梳理和总结。

基于滑模理论的水下航行器航向控制算法研究

水下航行器操控性能指标中对定向性能有较高要求,而水下航行器的运动具有强的非线性和耦合性,使得不同航速下定向控制和定深转向综合控制成为难点。本文建立了水下航行器的运动学模型,基于滑模理论设计了航向控制器,在MATLAB SIMULINK环境下搭建了航向控制仿真系统,数值仿真结果表明,滑模变结构控制器对于不同航行条件具有较强的适应性,同时,航向的控制效果明显优于PID控制器。

拖缆对水下航行器的操纵性能影响

为探究拖缆对水下航行器的操纵性能影响,基于集中质量法建立了拖缆的动力学方程,利用边界耦合条件,将拖缆首端产生的张力影响计入水下航行器的六自由度运动方程组,建立了拖缆-水下航行器耦合运动模型。通过数值仿真计算,对比分析了拖缆对航行器直航、回转和下潜运动时的操纵性能影响。数值分析结果表明:航行器加装拖缆后,航行器在直航、回转和下潜运动时的速度有所降低;航行器回转运动时,拖缆会减小回转半径;航行器下潜运动时,拖缆降低了航行器的下潜稳定性,且减小了航行器弹道倾角的绝对值,增大了航行器达到预定深度的距离,同时由于航速降低,导致航行器达到预定深度的时间会增加,从而也降低了航行器下潜性能。