【摘要】：魚雷能夠在水下進(jìn)行自主航行、自動(dòng)控制�，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,魚雷除了要具有速度快、航程遠(yuǎn)、隱蔽性好等特點(diǎn),還需能被更加精確穩(wěn)定地控制。所以其自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)象,提出了基于無(wú)需被控對(duì)象機(jī)理模型的多維泰勒網(wǎng)(MTN)優(yōu)化控制方法設(shè)計(jì)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(jì)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(wú)需被控對(duì)象機(jī)理模型的PID控制和需要被控對(duì)象精確機(jī)理模型的滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)進(jìn)行了控制器的設(shè)計(jì),使用MATLAB進(jìn)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(duì)魚雷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行受力分析,建立了其非線性、強(qiáng)耦合的運(yùn)動(dòng)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(duì)魚雷航行進(jìn)行了分通道的設(shè)計(jì)。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(duì)所有控制器參數(shù)進(jìn)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(jì)框圖,分別使用PID、SMC、MTN優(yōu)化控制方法設(shè)計(jì)了魚雷航行全通道仿真圖。首先,設(shè)計(jì)與開發(fā)無(wú)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(dòng)條件下對(duì)魚雷航行的全通道仿真效果差異。4.設(shè)計(jì)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(wú)海流擾動(dòng)的條件下設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的脫靶量。5.使用MATLAB提供的GUI功能,設(shè)計(jì)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(tái)。6.對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié),在所設(shè)計(jì)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(diǎn)。到了 80 年代以的自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)多采用計(jì)算機(jī)控制，其中，比較出名的有英國(guó)的“旗魚”號(hào)魚一種熱動(dòng)式、復(fù)合自導(dǎo)的新型魚雷，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)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(shí)一般具有 6 個(gè)自由度。通常，描述一個(gè)魚雷運(yùn)動(dòng)需要 12 個(gè)參為運(yùn)動(dòng)參數(shù)，這 12 個(gè)參數(shù)分為魚雷重心運(yùn)動(dòng)的 6 個(gè)參數(shù)以及魚雷轉(zhuǎn)動(dòng)的 6 個(gè)參魚雷重心的 6 個(gè)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(yùn)動(dòng)位置ex ，ey ，ez ；確定魚雷轉(zhuǎn)動(dòng)的 6 個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)其自動(dòng)控制，按照設(shè)定行。魚雷自動(dòng)控制系統(tǒng)除了被控對(duì)象是魚雷之外，其系統(tǒng)控制原理與其他自動(dòng)控制類似。剩下的就是自動(dòng)控制裝置，也就是常說(shuō)的自動(dòng)駕駛儀。整個(gè)魚雷自動(dòng)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(lái)描述魚雷運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的，本文中使用1 1 1Ox y z 來(lái)表示因?yàn)樵撟鴺?biāo)系是隨著魚雷的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)力。因?yàn)樵谇篝~雷的重心速度v和魚雷之間的相對(duì)位置，本文使用了Oxyz 來(lái)表如圖 2-2。速度坐標(biāo)系的原點(diǎn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TJ630

【參考文獻(xiàn)】

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1 李強(qiáng);張秦南;李俊;王立文;;變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)在魚雷舵機(jī)中的應(yīng)用[J];魚雷技術(shù);2015年01期

2 苗昊春;陳韻;嚴(yán)憲軍;董國(guó)才;;基于滑模變結(jié)構(gòu)的潛空導(dǎo)彈姿態(tài)控制研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2014年10期

3 林屹;嚴(yán)洪森;周博;;基于多維泰勒網(wǎng)的非線性時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法及其應(yīng)用[J];控制與決策;2014年05期

4 周博;嚴(yán)洪森;;基于動(dòng)力學(xué)特性聚類多維泰勒網(wǎng)的非線性系統(tǒng)辨識(shí)與預(yù)測(cè)[J];控制與決策;2014年01期

5 張翼超;周徐昌;周浩;;傾斜轉(zhuǎn)彎魚雷的分散自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)控制[J];兵工學(xué)報(bào);2013年11期

6 周博;嚴(yán)洪森;;基于小波和多維泰勒網(wǎng)動(dòng)力學(xué)模型的金融時(shí)間序列預(yù)測(cè)[J];系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐;2013年10期

7 徐李佳;;基于全通道耦合特征模型的高超飛行器控制研究[J];空間控制技術(shù)與應(yīng)用;2012年04期

8 馬航帥;雷廷萬(wàn);李榮冰;劉建業(yè);;大攻角下基于信息融合的攻角/側(cè)滑角估計(jì)方法[J];電光與控制;2012年08期

9 滕鵬樺;張宇文;張平;蔡帆;;海流對(duì)潛載導(dǎo)彈運(yùn)載器水下運(yùn)動(dòng)的影響研究[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2012年05期

10 胡坤;徐亦凡;何斌;;改進(jìn)小波變換方法在魚雷控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];四川兵工學(xué)報(bào);2010年02期

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1 白瑜亮;多介質(zhì)環(huán)境下潛射導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)及非線性控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 桑保華;簡(jiǎn)易制導(dǎo)炸彈有控彈道的設(shè)計(jì)與研究[D];南京理工大學(xué);2006年

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2 王偉;深水炸彈的導(dǎo)引與控制方法研究[D];中國(guó)艦船研究院;2015年

3 王凡;小型制導(dǎo)火箭彈總體方案研究與彈道仿真[D];南京理工大學(xué);2015年

4 李國(guó)林;PID控制器參數(shù)整定技術(shù)研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2010年

5 王茂勵(lì);無(wú)人水下航行器的運(yùn)動(dòng)建模與控制策略研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

6 李琳;滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)抖振抑制方法的研究[D];大連理工大學(xué);2006年

7 王鵬;魚雷總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化理論與應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2638586