本文關(guān)鍵詞：超空泡航行體自抗擾控制器的分析與設(shè)計

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【摘要】：超空泡航行體就是當(dāng)航行體在水中高速航行時,由于液體的氣化,發(fā)生空化現(xiàn)象,此時與設(shè)計合理的空化器相配合,就能在航行體表面產(chǎn)生一個幾乎把整個航行體都包裹起來的大氣泡。航行體因為有了空泡的覆蓋,在航行過程中所受摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于航行體直接與周圍流體接觸所產(chǎn)生的摩擦力。航行體的航行速度因此得到大幅度提高,發(fā)生質(zhì)的飛躍,打破了長久以來常規(guī)水中航行體由于找不到有效提速方法而受到的局限。但是超空泡航行體也由于特殊的航行環(huán)境使其在運動中的受力非常復(fù)雜,要對它進(jìn)行有效的控制非常困難。首先,為了得到超空泡航行體的動力學(xué)模型,選取了相關(guān)坐標(biāo)系并得到坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,確定了超空泡航行體的穩(wěn)定運行方案,對該方案下的超空泡航行體所受的力及力矩進(jìn)行分析,并利用坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換進(jìn)行超空泡航行體的動力學(xué)特性分析,根據(jù)相關(guān)定理得出超空泡航行體的非線性動力學(xué)模型,并通過合理的假設(shè)和簡化得到超空泡航行體的縱向運動模型。由于超空泡航行體所受外部擾動大,其模型具有非線性、多耦合等特點,選用自抗擾控制器對其進(jìn)行控制。闡述了自抗擾控制的基本思想及原理,分析了自抗擾控制器每個構(gòu)成部分的結(jié)構(gòu)及它們的作用性能。對自抗擾控制器中的待調(diào)參數(shù)及其對控制器的影響進(jìn)行了分析。自抗擾控制器具有參數(shù)個數(shù)多,參數(shù)調(diào)節(jié)困難的缺點,因此選用自適應(yīng)遺傳算法對它進(jìn)行優(yōu)化。對常規(guī)遺傳算法的基本思想、構(gòu)成要素、實現(xiàn)流程及其優(yōu)缺點進(jìn)行了介紹說明,繼而闡述了由常規(guī)遺傳算法改進(jìn)而來的自適應(yīng)遺傳算法,并分析了算法中存在的不足,針對其缺點本文對自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)一步改進(jìn),并應(yīng)用于自抗擾控制器的參數(shù)調(diào)整中。經(jīng)過仿真,分析了超空泡航行體的系統(tǒng)開環(huán)動態(tài)特性,驗證了自抗擾控制器對超空泡航行體控制的有效性,以及改進(jìn)自抗擾控制器相比經(jīng)典自抗擾控制器的優(yōu)勢。仿真結(jié)果表明改進(jìn)的自抗擾控制器具有良好的控制性能。
【關(guān)鍵詞】：超空泡航行體 自抗擾控制器 改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U674.941
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究的背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 超空泡航行體的研究動態(tài)12-14
• 1.2.2 自抗擾控制的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 第2章 超空泡航行體系統(tǒng)建模17-29
• 2.1 超空泡航行體的基本框架17-18
• 2.2 超空泡航行體的穩(wěn)定運行方式18-19
• 2.3 超空泡航行體的建模準(zhǔn)備19-21
• 2.3.1 基本假設(shè)19
• 2.3.2 定義常用坐標(biāo)系19-20
• 2.3.3 常用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換20-21
• 2.4 水下超空泡航行體受力分析21-26
• 2.4.1 空化器的受力分析21-22
• 2.4.2 尾舵滑行力分析22-24
• 2.4.3 尾舵受力分析24-25
• 2.4.4 重力分析25
• 2.4.5 推力分析25-26
• 2.5 超空泡航行體的數(shù)學(xué)模型26
• 2.6 超空泡航行體縱平面數(shù)學(xué)模型26-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 自抗擾控制算法29-39
• 3.1 自抗擾控制技術(shù)簡介29-30
• 3.2 自抗擾控制器的基本結(jié)構(gòu)30-33
• 3.2.1 跟蹤微分器30-31
• 3.2.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器31-32
• 3.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋32-33
• 3.3 自抗擾控制器的參數(shù)整定33-35
• 3.3.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的參數(shù)整定33-34
• 3.3.3 非線性誤差反饋的參數(shù)整定34-35
• 3.4 多輸入多輸出系統(tǒng)的自抗擾解耦控制35-36
• 3.5 超空泡航行體的自抗擾控制器設(shè)計36-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 第4章 自抗擾控制器的優(yōu)化設(shè)計39-48
• 4.1 自抗擾控制器調(diào)參方法概述39-40
• 4.2 基本遺傳算法40-42
• 4.2.1 遺傳算法的基本思想40-41
• 4.2.2 遺傳算法的構(gòu)成要素與流程41-42
• 4.3 自適應(yīng)遺傳算法42-43
• 4.4 改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法43-44
• 4.5 基于改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的自抗擾控制器44-47
• 4.5.1 自抗擾控制器需要進(jìn)行優(yōu)化的參數(shù)的確定44
• 4.5.2 利用改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)行自抗擾控制器的參數(shù)優(yōu)化44-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 超空泡航行體改進(jìn)自抗擾控制器仿真48-60
• 5.1 超空泡航行體縱向運動開環(huán)特性分析48-51
• 5.2 自抗擾控制器的仿真平臺51-53
• 5.3 超空泡航行體的自抗擾控制仿真53-56
• 5.4 改進(jìn)的自抗擾控制器56-58
• 5.4.1 基于改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的參數(shù)尋優(yōu)過程56
• 5.4.2 基于改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化流程56-57
• 5.4.3 兩種遺傳算法的比較57-58
• 5.5 仿真結(jié)果58-59
• 5.6 本章小結(jié)59-60
• 第6章 結(jié)論與展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)論文發(fā)表情況66-67
• 致謝67

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