Adaptive robust controller for supercavitating vehicle using guaranteed cost theory

Regarding to the problems that supercavitating vehicles have special characteristics from traditional underwater vehicles,robust control problem was studied in this paper for the supercavitating vehicles with mismatched uncertainties.The nonlinear dynamic model was improved.For mismatched uncertainties,the robust sliding mode function was proposed based on guaranteed cost theory,and sufficient condition for the existence was given in terms of linear matrix inequality (LMI).Continuous sliding mode controller was designed,with an adaptive technology which was used to estimate the unknown upper bound of mismatched uncertainties.Meanwhile,upper bound of parameter uncertainties was not required.Simulation results demonstrated that the system responds rapidly and has good robust stability.Due to application of guaranteed cost theory,the controlled plant is not only stable but also guarantees an adequate level of performance.Therefore,it provides theoretical references for further study on control problems of supercavitating vehicles.     

不同头型运动体高速入水空泡数值模拟

运动体头型对其入水流场的流动分布、流体动力及入水弹道均有较大的影响。针对此问题基于有限体积法离散、求解雷诺平均的Navier?Stokes方程,考虑空化效应,并引入动网格技术,对带有不同角度锥头圆柱体的高速入水问题开展数值模拟研究,得到不同头型条件下高速入水运动参数及空泡形态发展规律、流场的压力分布及速度分布规律,分析了头型对入水空泡流场的影响。研究结果表明,空泡半径的扩张规律受头型及其阻力系数的影响,半径大小与阻力系数近似满足一定的关系式;入水初期,运动体头部受到极强的冲击载荷,锥角越大,压力峰值也越高;锥体表面压力系数与锥角大小直接相关,锥角较大时压力系数也较大。同时,锥角大小对运动体肩部排开水的速度也有较大影响,运动体在相同速度下,锥角较大时,肩部排开水的速度也较大。     

重力静压梯度场中通气空泡形态研究

基于连续方程，动量方程，能量方程，状态方程和标准k-ε方程，实现了重力静压梯度场中通气空泡流的数值求解；将来流边界温度定义为时间的函数关系，研究了重力静压梯度场中海洋垂向温度场对空泡形态影响规律；通过对等温通气空泡流进行数值研究，得到了重力静压梯度场中空泡长度和空泡直径随弗劳德数和空化数的变化规律。计算结果与已有经验公式和实验结果符合良好，证明该方法能够有效地预测重力静压梯度场中通气空泡形态。     

超空泡射弹尾拍结构动力学响应分析

超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,导致结构发生振动,影响射弹的弹道稳定性,降低射弹结构的可靠性。该文建立了射弹无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并对射弹的加固模型进行了分析,给出了环状加强筋个数、直径以及间距对降低射弹振幅效果的影响。研究结果表明:超空泡射弹在尾拍运动过程中转动周期和幅值随加强筋个数的增大而增大;射弹头部的弹性振动幅值随加强筋个数和直径的增大而减小,振动周期亦随加强筋个数的增大而减小;加强筋距离的减小,对于降低射弹中部振幅效果明显,但对射弹头部的振动几乎没有影响。     

基于空泡记忆效应的水下超空泡航行体建模与控制

利用超空泡可以大幅地提高水下航行体的速度,为了研究超空泡航行体的动力学建模和控制问题,根据空泡膨胀独立性原理,研究了空泡的记忆效应及其对空泡形态的影响,详细计算了超空泡航行体各部分所受的流体动力,计算过程中还考虑了空化器定向效应和空泡上飘变形,研究了航行过程中尾翼效率变化规律,建立了一种更精细的超空泡航行体非线性动力学模型。设计了基于输入输出精确线性化的鲁棒极点配置控制器,仿真结果表明实现了系统在一定初始扰动下的稳定控制。     

喷管内临界泡状流计算分析

基于均质混合流模型,引入Rayleigh-Plesset方程考虑气泡动力学作用,采用拉格朗日有限体积法,进行喷管内非稳态泡状流计算。分析临界泡状流的特性,并把流场计算结果与相关实验数据对比,吻合较好。将不同边界条件下的临界泡状流计算结果进行对比分析,得到了入口含气率、压力及初始气泡半径对临界泡状流动的影响。结果表明:临界入口速度随着入口含气率的增大而减小,而随入口压力、初始气泡半径的增大而增大。     

考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析

水下发射航行体在出水过程中,随着沾湿表面积减少,航行体与周围流体相互作用而产生时变流固耦合效应,并引起结构动力学特性的变化。同时,考虑到航行体通常采用舱段式结构,各舱段在连接处存在非线性接触问题,对结构动力学特性也存在实质性影响。在考虑上述因素影响的情况下,将航行体简化为Timoshenko梁模型并利用有限元方法对结构动特性和动响应进行计算分析,得到了出水过程时变流固耦合效应及连接刚度非线性对航行体结构固有频率及动力响应的影响规律,在此基础上进一步分析了连接结构、载荷及出水速度的变化对结构动响应特性的影响。     

超空泡航行体阻力系数的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,仿真获得不同空泡形态下超空泡航行体的粘性阻力系数和压差阻力系数,利用这些系数,基于普通流线型航行体的阻力系数估算公式,进行重新拟合修正,形成超空泡航行体的阻力系数估算公式。将无空泡情况下的阻力系数估算公式代入自编的水下航行体弹道仿真软件,计算得到的超空泡航行体全沾湿状态下的水下弹道理论预报结果,与利用模型试验中的实测数据得到的弹道曲线一致性较好,说明数值模拟对超空泡航行体阻力系数的估算基本准确。     

气体横掠单管强制对流换热的大涡模拟

应用大涡模拟与二价全展开ETC有限元离散格式相结合的方法对气体横掠单管强制对流换热进行了数值模拟,分别计算了气体横掠团管和方管时的温度场,得到了管壁平均换热系数,数值结果与实验关联式符合较好。同时还表明大涡模拟方法善于捕捉温度场以及流场涡系的时间演化过程,非常适合于具有大尺度涡的绕流运动温度场的分析。     

基于FCM和LSTM的光伏功率超短期预测

光伏电站输出功率的不确定性对电网的运行调度产生了严重影响。基于模糊均值聚类(fuzzy C-means,FCM)和长短期记忆网络(long short-term memory networks,LSTM),提出了一种光伏功率超短期预测方法。首先,通过滑动时窗将历史数据划分为时序片段,将功率波动特性以时段为样本进行分析;然后,定义了3种特征指标提取波动规律,采用FCM方法进行时序片段聚类,在聚类后重构数据集,结合LSTM网络,建立光伏功率预测模型;最后,采用澳大利亚光伏电站实测数据集验证所提方案的聚类性能与预测性能。仿真结果表明,所提方法具有更高的聚类准确性和预测精确度。