基于圆判据的超空化航行器状态反馈控制研究

超空化航行器由于航行过程中大部分被空泡包裹,必然面临着航行器与空泡剧烈非线性滑行力带来的稳定控制困难。适当设计的线性控制律一般可得到航行器高频有限振幅振荡运动或阻尼振荡运动的控制结果:而在反馈中引入非线性,虽控制结果理想,但要求对滑行力精确可知,这在实际情况下很难做到。针对以上问题,文章以Dzielski提出的超空化航行器模型为研究对象,基于圆判据定理通过线性状态反馈方法,使航行器系统对所有非线性滑行力特性达到全局绝对稳定。文中首先对原模型进行变换和局部抽取,使之适用于圆判据定理的应用条件;接着给出了通过极点配置方法构建线性状态反馈控制律而达到系统绝对稳定的条件;最后结合系统参数,分析了系统局部和全局绝对稳定情况下稳定域的估计,并给出了仿真验证。

超空化航行器稳定性分析及最优控制设计

针对超空化航行器与超空泡之间的非线性滑行力带来的稳定控制困难问题,提出了基于圆判据的超空化航行器稳定性分析方法及其最优控制设计.以Dzielski提出的航行器模型为研究对象,通过一系列系统变换使其成为线性系统环节和非线性环节反馈连接的形式.运用圆判据定理得出系统绝对稳定的充分条件,使超空化航行器系统绝对稳定性与其Nyquist曲线的位置直接联系起来,简捷地解决了Dzielski模型系统稳定性的判定问题.针对实际工程中控制量约束条件下激励饱和造成的系统失稳问题,设计了最优控制策略.经仿真验证,该策略实现了在控制量约束范围内对航行器的稳定控制.

超空泡航行器稳定性分析及其非线性切换控制

超空泡航行器在航行过程中绝大部分被超空泡包裹,必然面临着航行器与空泡剧烈非线性作用力带来的稳定控制困难.针对超空泡航行器的控制问题,本文以Dzielski提出的航行器模型为研究对象,首先通过一系列系统变换使其成为线性系统环节和非线性环节反馈连接的形式,运用圆判据定理利用系统Nyquist曲线给出了系统绝对稳定的充分条件;而后结合工程实际,分析了极点约束对系统性能的影响,为进一步改善系统性能,提出了加入非线性激励来削弱系统固有非线性特性的切换控制策略.仿真结果表明,超空化航行器在极点约束情况下完全可以通过非线性切换控制达到系统对所有非线性特性的绝对稳定,且对于滑行力存在不确定性的情况切换控制依然有效.