打击静态目标的鱼雷航行多维泰勒网优化控制与仿真

发布时间：2020-04-24 05:37

【摘要】：鱼雷能够在水下进行自主航行、自动控制。现代战争中,鱼雷除了要具有速度快、航程远、隐蔽性好等特点,还需能被更加精确稳定地控制。所以其自动控制系统的设计也是现代鱼雷研究中至关重要的部分。本文以非线性鱼雷模型为研究对象,提出了基于无需被控对象机理模型的多维泰勒网(MTN)优化控制方法设计了打击静态目标的鱼雷航行控制器。为了比较该控制方法与其他控制方法的效果差异,本文鱼雷控制器的设计在都使用单纯形法参数调优的条件下,还分别采用了无需被控对象机理模型的PID控制和需要被控对象精确机理模型的滑模变结构控制(SMC)进行了控制器的设计,使用MATLAB进行仿真,给出了最终比较结果,主要有如下内容:1.查阅相关资料并对鱼雷运动过程中进行受力分析,建立了其非线性、强耦合的运动数学模型。2.分别采用PID控制、指数趋近律滑模变结构控制以及多维泰勒网优化控制方法对鱼雷航行进行了分通道的设计。主要包括纵向的俯仰角和深度控制以及横侧向偏航角和横滚角的控制。使用了单纯形法对所有控制器参数进行了调优,并给出相关的仿真效果图。3.整合单通道设计框图,分别使用PID、SMC、MTN优化控制方法设计了鱼雷航行全通道仿真图。首先,设计与开发无海流干扰的全通道鱼雷航行仿真系统,比较了以上三种优化控制方法的仿真效果差异。然后,分别引入了恒值海流和深度变化海流作为干扰。最后,再次比较PID、SMC、MTN优化控制器在不同扰动条件下对鱼雷航行的全通道仿真效果差异。4.设计随高度变化的鱼雷航行轨迹,利用方案制导方式分别在有无海流扰动的条件下设计与开发了鱼雷打击静态目标的全通道仿真系统,并给出了PID、SMC、MTN优化控制器对应的脱靶量。5.使用MATLAB提供的GUI功能,设计与开发了打击静态目标的鱼雷航行控制系统的仿真平台。6.对所做工作进行了总结,在所设计的三种鱼雷航行优化控制器中,多维泰勒网优化控制器具有的控制效果最佳。
【图文】：

系统框图,鱼雷控制,系统框图,鱼雷

电气式鱼雷具有的功能更加完善，控制精度更高等特点。到了 80 年代以的自动控制结构多采用计算机控制，其中，比较出名的有英国的“旗鱼”号鱼一种热动式、复合自导的新型鱼雷，通过计算机对信号进行处理，最终做出相，使得鱼雷拥有了更优的作战性能。鱼雷在水中航行时一般具有 6 个自由度。通常，描述一个鱼雷运动需要 12 个参为运动参数，这 12 个参数分为鱼雷重心运动的 6 个参数以及鱼雷转动的 6 个参鱼雷重心的 6 个参数分别为：鱼雷航行速度v、鱼雷弹道倾角Θ、鱼雷弹道偏鱼雷运动位置ex ，ey ，ez ；确定鱼雷转动的 6 个参数分别为：鱼雷俯仰角、角、鱼雷横滚角以及鱼雷姿态角分别对应的角速度x ，y ，z 。而本文控制的目的就是让鱼雷能够快速响应这些参数，实现对其自动控制，按照设定行。鱼雷自动控制系统除了被控对象是鱼雷之外，其系统控制原理与其他自动控制类似。剩下的就是自动控制装置，也就是常说的自动驾驶仪。整个鱼雷自动控理框图如图 1-1。

鱼雷,原点,雷尾,重心速度

图 2-1 地面坐标系与雷体坐标系系系是用来描述鱼雷运动姿态的，本文中使用1 1 1Ox y z 来表示因为该坐标系是随着鱼雷的运动而变化的，伴随着鱼雷一起体坐标系。雷体坐标系的原点O就取在鱼雷重心所处的位置都是与鱼雷自身相连，其中1Ox 轴取从原点指向雷头，是鱼交线，称1Ox 轴为鱼雷纵轴；1Oy 轴与1Ox 轴垂直，，并且位于间的上侧，称1Oy 轴为鱼雷立轴；1Oz 轴根据右手螺旋定则雷尾部观察，该轴指向鱼雷右侧为正，1Oz 轴垂直于，垂直1Oy 平面，称该轴为鱼雷横轴。系系的引入是为了确定鱼雷所受的流体动力。因为在求鱼雷的重心速度v和鱼雷之间的相对位置，本文使用了Oxyz 来表如图 2-2。速度坐标系的原点O取在鱼雷的重心位置，与雷
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ630

【参考文献】