超高速水下航行器纵平面运动特性分析

超高速水下航行器运行于巡航阶段时，由于大部分表面被超空泡所包覆，其运动模式完全不同于常规的全沾湿水下航行器，表现出独有的运动特性。为了对超高速水下航行器实施深度和姿态控制，研究其纵平面运动特性是必要的。该文从超高速水下航行器流体动力产生的机理出发，分析了其力学特性，建立了航行器纵平面运动方程，分析了其欠阻尼运动特性，指出了运动控制中攻角不得超限的关键问题，给出了控制作用不能太强的建议，以上分析结论可为超高速水下航行器控制系统设计提供参考。     

超高速水下航行器航向控制方法

针对超高速水下航行器巡航阶段的超空泡运动特性及其具体运动条件下的特点,考虑发动机推力偏心会造成航向误差,建立了航行器水平面运动方程,分析了其欠阻尼运动特性,提出了基于比例积分算法的极限操舵方式对超高速水下航行器实施航向控制的方法,此类控制方法在确保航向准确性的同时保证了超空泡的稳定性,且简单易实现,鲁棒性好,数字仿真证明该方法的有效性.     

水下超空泡航行器巡航段稳定控制

为研究水下超空泡航行器巡航段稳定控制,保证弹道的可靠性,提出了对超空泡航行器的纵平面、水平面和横滚进行稳定控制.从超空泡航行器流体动力产生的机理出发,提出了一种适应于稳定控制的流体动力布局,建立了航行器空间运动模型,采用空化器首舵对航行器巡航段进行控制,利用极限操舵的控制模式降低了三通道之间的耦合.针对超空泡航行器稳定控制进行了系统动态特性仿真.仿真结果表明弹道航向稳定、深度偏差小、横滚振荡幅度可控;航行器运动参数可迅速达到期望值,过滤过程和稳定性满足系统要求,鲁棒性强.     

超高速水下航行器纵向运动稳定性分析

为了进一步研究超高速航行器空化减阻问题,建立了空化状态下超高速水下航行器纵向运动数学模型,对该航行器在巡航段平衡状态下受扰动时的攻角和俯仰角速度的阶跃响应进行了分析,并通过根轨迹法分析了运动的稳定性。分析结果表明,通过给定平衡攻角和平衡舵角,航行器能够呈现一定的静稳定性,该特性有利于以直航弹道为主的超高速水下航行器保持超空泡稳定。     

新型随控布局水下航行器近水面运动非线性模型研究

采用随控布局的新型水下航行器配备有多个不同方向的推进器,实现了直接升力控制和直接侧向力控制,具有巡航和悬停2种运动模式。文中详细分析并建立了不同运动模式下的流体动力模型以及环境因素的扰动作用模型,建立了新型水下航行器的6自由度非线性低频运动模型以及波浪作用下的高频运动模型,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,该模型不仅可以模拟航行器的巡航以及悬停运动状态,还可以描述航行器的低频运动和高频运动状态,为航行器近海面运动的控制系统设计与仿真提供了参考。     

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。     

自主水下航行器回旋运动总体参数敏感性分析

为研究总体参数变化对自主水下航行器回旋运动稳定性的影响,针对水下航行器回旋运动总体参数的敏感性进行分析。在建立水下航行器六自由度空间运动方程的基础上,运用MATLAB/Simulink模块对水下航行器的空间回旋状态进行了数值仿真,得到了水下航行器空间回旋运动的规律。对各总体参数,如浮力、重心浮心距、重心下移量、重心侧移量变化对水下航行器的回旋速度、回旋角速度、回旋深度、回旋空间运动等回旋特性的影响进行了数值计算及分析,结果表明:浮力变化对水下航行器运动特性影响不大,重心浮心距变化会使俯仰角发生变化,重心下移量增大会提高水下航行器运行的稳定性,而重心侧移量增大则会降低其稳定性。     

基于Stateflow的水下航行器容错控制设计

介绍了水下航行器的深度控制方式,并针对姿态传感器的故障提出了一种基于Stateflow的水下航行器深度容错控制方法.     

BP神经网络在水下航行器深度控制中的应用

文中将BP神经网络应用于水下航行器的深度控制系统中,为水下航行器的航行提供参考深度,从而使深度控制系统控制航行器在水下一定的深度上稳定航行,并能根据指令自动变换航行深度.仿真结果表明了该方法的有效性.     

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。     

基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制

为保证智能水下机器人（AUV）在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制（ADRC）方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。     

基于辨识模型集的无人半潜水下机器人系统深度动态滑模控制切换策略研究

BQ-01无人半潜水下机器人深度运动模型参数未知,无法为基于模型的控制策略提供控制参数,导致该系统不易快速达到预期的性能指标要求,为此提出一种多辨识模型动态滑模控制方法。该控制方法采用平均拟合偏差方法,减少了系统辨识过程中出现过多冗余辨识模型参数组,以切换的方式为动态滑模控制方法选取最佳模型参数;同时采用状态反馈方法实现滑模面抖动指数衰减,从而解决了系统深度运动调节问题。BQ-01系统湖泊试验结果表明,所提辨识方法能够为滑模控制策略提供最佳控制参数,且提高了系统运动控制品质。     

基于隐式增量动态逆的水下运载器出水姿态控制

显式动态逆控制直接利用非线性对消来实现对系统的精确线性化,但由于实际模型存在不确定性因而会造成在对消过程中存在逆误差,使得控制的鲁棒性难以保证。在解决水下运载器出水运动问题中,由于存在较强的不确定性,显式动态逆控制无法消除逆误差的影响。出水过程中水动力变化剧烈同时海浪强烈作用,因此需要对姿态控制问题进行着重研究。在仿射形式的水下运载器出水运动数学模型基础上,推导并得到了隐式增量形式的动态逆控制律,利用层叠结构思想将系统划分为慢快两个回路。在时标分离的慢快回路基础上,引入状态变化率反馈,设计了不依赖精确数学模型的隐式增量控制律,提高了控制的鲁棒性。基于隐式动态逆相应的控制算法,考虑海浪作用、水动力参数摄动以及测量噪声的影响下,对水下运载器出水姿态进行跟踪控制,验证了控制律的有效性和合理性。     

三速制鱼雷自适应滑模控制研究

针对三速制鱼雷在不同速度下运动特性的变化对控制系统自适应性和鲁棒性的要求,提出一种自适应滑模控制策略。将纵向运动控制分为俯仰角控制和深度控制内外2个回路。深度控制回路采用自适应算法在线估计无法测量的攻角,俯仰角控制回路采用自适应滑模控制。在线估计不确定模型参数,并克服模型中的未建模不确定性,从而保证了三速制鱼雷在速度变化和模型参数不确定条件下的稳定性,消除了由于非零平衡态造成的深度稳态误差。仿真对比研究结果证明了该自适应滑模控制方法的有效性。     

基于反馈线性化RLV再入控制律设计

针对可重复使用运载器(RLV)再入模型的非线性模型控制问题,设计了基于控制角与控制力矩间全反馈(非时标分离)条件下的反馈线性化控制器,实现RLV六自由度非线性模型线性化,应用经典的PID控制理论实现了控制律设计,完成了全弹道仿真.仿真结果验证了控制方法的可行性,实现了制导指令的精确跟踪.     

轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制仿真

为实现8×8轮毂电机驱动装甲车辆行驶稳定性控制,采用分层控制的驱动力矩分配思想,在顶层基于一种 G－向量控制方法,利用车辆的横向加速度信息对车辆的总驱动力矩进行修正;在中间层次基于直接横摆转矩控制的思想,实现两侧驱动力矩的合理分配;在底层采用驱动防滑控制,实现各驱动轮转矩的优化分配。基于“驾驶员－综合控制器”在环实时仿真系统进行实时仿真试验,对稳定性控制算法和车辆综合控制算法代码进行验证,仿真结果表明该控制方法能够有效抑制车辆的横向运动,提高车辆行驶稳定性。     

风扰动下的飞翼无人机静态投影控制

根据飞翼无人机特殊外形布局、气动性能及控制品质要求,在风扰动存在情况下,针对系统纵向俯仰通道和横侧向滚转通道,设计了基于鲁棒最优理论的静态投影控制器。分析了投影控制方法的一般原理,建立了飞行控制系统的鲁棒伺服模型,应用最优线性二次型调节器（LQR）方法构成鲁棒伺服LQR控制,并以闭环系统为参考系统,通过静态投影法则以输出反馈重构参考系统主体特征结构,避免了LQR方法中部分反馈变量无法精确测量的问题。仿真过程中对比验证了风扰动下常规PID姿态驾驶仪和静态投影方法的控制效果。仿真结果表明,所设计的静态投影控制系统响应速度快,且具有较强的稳定性和抗风扰动能力。     

细长体飞行器主动弹性抑制控制律设计及分析

针对未来采用大长细比、轻质新型复合材料的飞行器结构模态频率进一步降低、气动伺服弹性问题更加严峻的问题,采用智能变结构控制方法,将广义坐标作为反馈量,并针对静不稳定弹性飞行器设计了纵向姿态控制器;然后,基于李亚普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性;最后,通过定点仿真检验了所设计控制器的时域响应特性和对扰动的鲁棒性。仿真结果表明,当弹性模态频率与刚体频率接近时,与传统的基于陷波滤波器的设计方法相比,增加弹性反馈变量的智能变结构控制方法是一种解决气动伺服弹性问题的有效途径。     

履带车辆悬挂系统磁流变阻尼振动控制分析

在建立履带式车辆悬挂系统两自由度运动微分方程的基础上,采用LQR控制算法仿真分析了某型履带车辆悬挂系统在实测六条不同路面激励输入下,全闭环反馈对整车振动的控制效果;结合Hrovat限界最优半主动控制算法和车辆悬挂系统振动的半主动控制策略,仿真分析了磁流变阻尼器对整车振动的控制效果,并与LQR控制结果作了比较;通过对比半主动控制力跟踪主动控制力的情况,分析了磁流变半主动控制能够很好地逼近主动控制的原因;得出了采用磁流变阻尼器实现履带车辆悬挂系统半主动振动控制的技术途径是可行的结论。