《垂向運動超空泡航行體建模及變結構魯棒控制研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹偉擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：垂向運動超空泡航行體建模及變結構魯棒控制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：曹偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於超空泡減阻技術，系統研究超空泡航行體水下垂向運動過程的非線性動力學建模與變結構控制等問題，以期為超空泡水雷、超空泡飛彈等垂向運動超空泡航行體的控制系統設計提供必要的研究基礎。研究過程中，擬針對超空泡模型垂向運動過程中空泡數複雜變化等特點建立其物理模型和非線性動力學模型；根據垂向運動過程人工通氣要求，設計相應的通氣控制系統；研究分析包括通氣不確定性等超空泡航行體垂向運動過程中存在的諸多不確定性因素，設計基於變結構理論的航行體姿態機動控制器；進一步地，以控制效果優異為原則，完成垂向運動超空泡航行體結構參數、通氣系統等的改進設計。
結題摘要
基於超空泡減阻技術，系統研究了超空泡航行體水下垂向運動過程的非線性動力學建模與變結構控制等問題，為超空泡水雷、超空泡飛彈等垂向運動超空泡航行體的控制系統設計提供了一定的研究基礎。 首先在文獻調研的基礎上，建立了垂向運動超空泡航行體的簡化物理模型，完成了力學特性分析，得到了作用在航行體上的力、力矩、附加質量等的計算公式，進一步地建立了垂向運動超空泡航行體的非線性動力學模型及簡化模型；完成了垂向運動超空泡航行體通氣控制系統研究，設計了內置通氣控制系統，給出了人工通氣模糊控制方案；開展了垂向運動超空泡航行體流體動力特性研究。對重力場對空泡形態的影響進行了對比分析，利用數值模擬的方法得到了垂向運動超空泡航行體的空化特性和流體動力特性規律；進行了垂向運動超空泡航行體動力學模型中的不確定性規律研究，總結了垂向運動超空泡航行體在空化數、空泡形態、受力特性等幾個大方面的不確定性規律；最後開展了垂向運動超空泡航行體變結構控制系統研究。考慮超空泡航行體的不確定性，利用變結構控制理論進行了控制器設計，對含有空化數攝動、流體動力係數攝動等的超空泡航行體姿控系統進行仿真研究，並對控制效果進行了分析。 項目得到了如下研究成果：建立了垂向運動超空泡航行體的非線性動力學模型，設計了內置通氣系統並完成了通氣系統魯棒控制研究，研究了影響航行體的諸多不確定因素，設計了基於變結構理論的航行體姿態機動控制器，得到了採用極點配置設計的滑模面在趨近過程中有較好的動態性能等主要結論。
