潜艇空间运动的控制问题研究

• 作 者: 杨冬成
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 潜艇 滑模控制 Backstepping 自适应控制 全程滑模 鲁棒性 快速性 抖振

潜艇是军队重要的军事力量,在现代战争中发挥着不可替代的作用。自潜艇诞生以来,各个国家都在致力于潜艇的研究,以提高其战术技术性能。在众多的性能指标中,良好的操纵性,是达成部队战术目的的关键,对潜艇战术性能的发挥起着重要作用。潜艇的运动具有强耦合、严重非线性的特点,这就使得对潜艇的控制成为难点。为提高潜艇操纵水平,本文应用多种控制方法展开了研究,主要工作如下：在深入分析了潜艇运动的基础上,根据潜艇本身的结构特点和物理学原理及运动效果,对潜艇运动方程进行了合理的简化。从而得到了简化了的潜艇运动的水平面运动方程和垂直面运动方程,以用于潜艇控制器设计的研究。潜艇在近水面的机动包括转向、潜浮等机动动作。针对潜艇运动特点,设计了基于Backstepping的滑模控制器。然后,将设计的控制器用于对潜艇的机动过程进行控制仿真,并与普通滑模控制器下的控制效果进行了对比。仿真结果表明所设计的控制器比一般滑模更具优点,在充分发挥滑模控制的强鲁棒性的同时,且缩短了控制时间,控制力矩的变化也比较平稳,能够保证潜艇机动过程中的性能要求。针对潜艇运动的强非线性和外部上界确定的干扰,设计了具有更强鲁棒性的全局滑模控制器。针对不确定干扰,设计了自适应估计环节,对干扰上界进行在线估计。最后加入了模糊环节,设计了模糊自适应全程滑模控制器,更好的起到快速消抖的目的。其仿真结果进一步验证了滑模控制算法的有效性。