潜艇近水面运动鲁棒控制及仿真研究

潜艇研究

第24卷第4期2006年11月海洋工程THEOCEANENGINEERINGVol124No14Nov.2006

文章编号:100529865(2006)0420032206

潜艇近水面运动鲁棒控制及仿真研究

张 瑾,连 琏,葛 彤

(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200030)

摘 要:对作用于潜艇的一阶、二阶波浪力进行了简化,得到修正后的潜艇近水面垂直面运动模型。基于H]鲁棒控制的S、KS混合灵敏度策略设计了潜艇控制器,并对潜艇近水面运动进行了仿真。结果表明该控制器对消除波浪力影响、保持潜艇定深起到良好作用。

关键词:潜艇;近水面;运动模型;鲁棒控制中图分类号:U67417 文献标识码:A

Robustcontrolandsimulationofnear2surfacesubmarine

ZHANGJin,LIANLian,GETong

(SchoolofNavalArchitecture,Civil&OceanEng.,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)

Abstract:Thecalculationofthefirstorderandsecondorderwaveforcesispresentedandamodifiedmodelofsubmarinenear2surfacemotionisobtained.Acontrollerisdesignedwithamixed2sensitivitymethodbesedonH2infinityrobustcontroltheory.Thesuccessofcancelingthewavedisturbancehasbeenevaluatedthroughaseriousofsimulations.Keywords:submarine;near2surface;motionmodel;robustcontrol

潜艇近水面运动是一种重要的运动状态。为满足柴油机的工作条件、武器的使用等,潜艇须保持一定的航深及姿态。由于近水面处波浪剧烈,接近海面处波浪力随潜深变浅呈指数规律增大,潜艇会被抛甩出来,给定深造成困难。因此需要通过有效的控制器,用舵力来平衡这种波浪力。近年来,国内外许多学者一直尝试用现代控制理论解决这个难题[1]。主要有DDumlu[2]基于随机控制和观测理论采取的自适应控制方法;罗凯[3]等提出的开环补偿加闭环增量修正策略;王正国[4]等通过解耦将系统分解为两个SISO分别进行解算;EduardoLiceaga2Castro将潜艇模型变为/分块0能观进而进行鲁棒控制等等。

H]控制理论[6]是20世纪80年代出现的新理论,它是在多变量系统频域法与鲁棒稳定性奇异值分析法基础上建立的最优控制理论。它可以将各种典型控制问题(如干扰抑制、鲁棒镇定、跟踪和模型匹配等问题)都归结为H]标准问题,从而给出一种系统化设计方案。它可以像经典方法那样,通过频率响应形状寻求理想控制;而且,既使处理对象具有不确定性的鲁棒控制问题,也能在干扰频率谱不确定情况下得到满意的控制性能。混和灵敏度策略将鲁棒稳定性和系统性能指标放入同一个H]框架,使设计过程大为简化。

本文采取的H]控制,是在将波浪干扰归为线性函数基础上,针对潜艇六自由度模型,基于S、KS混合灵敏度策略,对近水面航行的潜艇加以控制。

[5]

1 模型建立

1.1 波浪干扰的描述

在研究舰船运动时,常采用的波谱是单参数的Pierson2Moskowitz波谱[7](图1)。

收稿日期:2005212213

作者简介:张 瑾(1980-),女,天津人,硕士研究生,主要从事水下运载器运动及控制技术研究。

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