【摘要】：魚雷能夠在水下進行自主航行、自動控制�，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中,魚雷除了要具有速度快、航程遠、隱蔽性好等特點,還需能被更加精確穩(wěn)定地控制。所以其自動控制系統(tǒng)的設(shè)計也是現(xiàn)代魚雷研究中至關(guān)重要的部分。本文以非線性魚雷模型為研究對象,提出了基于無需被控對象機理模型的多維泰勒網(wǎng)(MTN)優(yōu)化控制方法設(shè)計了打擊靜態(tài)目標(biāo)的魚雷航行控制器。為了比較該控制方法與其他控制方法的效果差異,本文魚雷控制器的設(shè)計在都使用單純形法參數(shù)調(diào)優(yōu)的條件下,還分別采用了無需被控對象機理模型的PID控制和需要被控對象精確機理模型的滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)進行了控制器的設(shè)計,使用MATLAB進行仿真,給出了最終比較結(jié)果,主要有如下內(nèi)容:1.查閱相關(guān)資料并對魚雷運動過程中進行受力分析,建立了其非線性、強耦合的運動數(shù)學(xué)模型。2.分別采用PID控制、指數(shù)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制以及多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制方法對魚雷航行進行了分通道的設(shè)計。主要包括縱向的俯仰角和深度控制以及橫側(cè)向偏航角和橫滾角的控制。使用了單純形法對所有控制器參數(shù)進行了調(diào)優(yōu),并給出相關(guān)的仿真效果圖。3.整合單通道設(shè)計框圖,分別使用PID、SMC、MTN優(yōu)化控制方法設(shè)計了魚雷航行全通道仿真圖。首先,設(shè)計與開發(fā)無海流干擾的全通道魚雷航行仿真系統(tǒng),比較了以上三種優(yōu)化控制方法的仿真效果差異。然后,分別引入了恒值海流和深度變化海流作為干擾。最后,再次比較PID、SMC、MTN優(yōu)化控制器在不同擾動條件下對魚雷航行的全通道仿真效果差異。4.設(shè)計隨高度變化的魚雷航行軌跡,利用方案制導(dǎo)方式分別在有無海流擾動的條件下設(shè)計與開發(fā)了魚雷打擊靜態(tài)目標(biāo)的全通道仿真系統(tǒng),并給出了PID、SMC、MTN優(yōu)化控制器對應(yīng)的脫靶量。5.使用MATLAB提供的GUI功能,設(shè)計與開發(fā)了打擊靜態(tài)目標(biāo)的魚雷航行控制系統(tǒng)的仿真平臺。6.對所做工作進行了總結(jié),在所設(shè)計的三種魚雷航行優(yōu)化控制器中,多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制器具有的控制效果最佳。
【圖文】：

電氣式魚雷具有的功能更加完善，控制精度更高等特點。到了 80 年代以的自動控制結(jié)構(gòu)多采用計算機控制，其中，比較出名的有英國的“旗魚”號魚一種熱動式、復(fù)合自導(dǎo)的新型魚雷，通過計算機對信號進行處理，最終做出相，使得魚雷擁有了更優(yōu)的作戰(zhàn)性能。魚雷在水中航行時一般具有 6 個自由度。通常，描述一個魚雷運動需要 12 個參為運動參數(shù)，這 12 個參數(shù)分為魚雷重心運動的 6 個參數(shù)以及魚雷轉(zhuǎn)動的 6 個參魚雷重心的 6 個參數(shù)分別為：魚雷航行速度v、魚雷彈道傾角Θ、魚雷彈道偏魚雷運動位置ex ，ey ，ez ；確定魚雷轉(zhuǎn)動的 6 個參數(shù)分別為：魚雷俯仰角 、角 、魚雷橫滾角 以及魚雷姿態(tài)角分別對應(yīng)的角速度x ，y ，z 。而本文控制的目的就是讓魚雷能夠快速響應(yīng)這些參數(shù)，實現(xiàn)對其自動控制，按照設(shè)定行。魚雷自動控制系統(tǒng)除了被控對象是魚雷之外，其系統(tǒng)控制原理與其他自動控制類似。剩下的就是自動控制裝置，也就是常說的自動駕駛儀。整個魚雷自動控理框圖如圖 1-1。

圖 2-1 地面坐標(biāo)系與雷體坐標(biāo)系系系是用來描述魚雷運動姿態(tài)的，本文中使用1 1 1Ox y z 來表示因為該坐標(biāo)系是隨著魚雷的運動而變化的，伴隨著魚雷一起體坐標(biāo)系。雷體坐標(biāo)系的原點O就取在魚雷重心所處的位置都是與魚雷自身相連，其中1Ox 軸取從原點指向雷頭，是魚交線，稱1Ox 軸為魚雷縱軸；1Oy 軸與1Ox 軸垂直，，并且位于間的上側(cè)，稱1Oy 軸為魚雷立軸；1Oz 軸根據(jù)右手螺旋定則雷尾部觀察，該軸指向魚雷右側(cè)為正，1Oz 軸垂直于，垂直1Oy 平面，稱該軸為魚雷橫軸。系系的引入是為了確定魚雷所受的流體動力。因為在求魚雷的重心速度v和魚雷之間的相對位置，本文使用了Oxyz 來表如圖 2-2。速度坐標(biāo)系的原點O取在魚雷的重心位置，與雷
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ630

【參考文獻】

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本文編號：2638586