舰载捷联式猎雷声纳基阵动力学建模与鲁棒控制
舰载捷联式猎雷声纳基阵动力学建模与鲁棒控制 舰载捷联式猎雷声纳基阵动力学建模与鲁棒控制
水雷作为一种有威慑力的水中兵器，在现代战争中已成为海岸基地布防和阻断敌方航路，封锁海港的极具杀伤力的攻守兼备型武器，是海战的有效手段之一。在各种反水雷方法中，猎雷以其快速性、主动性、安全性而被各国海军认为是重要的反水雷手段。本文以国防预研型号项目“H,SJL-863猎雷声纳控制稳定系统”的研制任务为背景，对舰载捷联式猎雷声纳基阵动力学建模及鲁棒控制问题进行了深入研究，主要工作如下: 首次建立了舰载猎雷声纳基阵较完整的动力学模型，给出了便于直接进行控制设计和仿真的
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化通用形式的猎雷声纳基阵动力学方程。由于猎雷艇作为动基座的存在和声纳基阵的框架结构特点，提出了以艇体坐标系为运动坐标系，运用变形的欧拉定理和坐标变换建立声纳基阵相对自身坐标系的旋转运动方程的建模思想;将所建立的矢量形式的动力学模型展开整理，获得了状态矩阵形式的猎雷声纳基阵动力学方程，为系统动力学模型的实用化奠定了基础。 对猎雷声纳基阵的动力学特性进行分析研究，指出了猎雷声纳基阵控制系统为非线性、强耦合的动力学系统;从一般的惯量矩阵特性入手，证明了猎雷声纳基阵的惯量矩阵具有有界性、对称性及正定性等动力学特性。上述分析结果反映了系统的本质特征，为对系统控制方案的合理选择、研究与设计提供了有益的理论指导。 对猎雷声纳基阵的动力学模型进行简化研究，给出了简化后简洁、实用的
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模型。首先从声纳基阵框架结构的正交性和工作点的合理选择出发，使模型的结构得以简化;其次根据系统性能指标及框架间耦合性强弱，忽略相对小量，对声纳基阵复杂的非线性耦合模型进一步简化;最后考虑模型系数矩阵的特点，运用低阶多项式逼近和误差仿真的方法，实现了对模型的再次降阶简化处理。仿真结果表明了简化的合理性与有效性。 首次提出了以干扰解耦控制来补偿艇体姿态对声纳基阵姿态的影响。为此，对具有可量测干扰的不确定非线性系统的干扰解耦的条件进行研究，给出干扰解耦条件，并构造出解耦控制器形式。对猎雷声纳基阵进行可测干扰 哈尔滨工程大学博士学位论文解耦研究，仿真结果表明，本文提出的补偿方案是正确的、可行的。 进行
了具有可调参数的不确定非线性系统鲁棒输出跟踪控制理论研究。基于反馈线性化方法和复合Lyapunov方法，作者提出了一种具有可调参数的鲁棒输出跟踪控制律，不仅可以保证系统指数输出跟踪，而且闭环系统状态有界。由于可调参数的引入，改善了系统跟踪的暂态性能，通过适当选取该参数，使系统的控制精度与能量消耗得到合理折衷;将所设计的控制器进行实例验证，仿真结果表明了控制器的有效性。 对猎雷声纳基阵进行鲁棒输出跟踪控制的设计研究。猎雷声纳基阵的姿态控制问题实质上是跟踪控制问题，在进行理论研究的基础上，作者设计了具有可调参数声纳基阵姿态鲁棒输出跟踪控制系统，并基于反馈线性化方法将可测干扰解耦研究结果与鲁棒输出跟踪研究结果相结合，形成了同时具有干扰解耦、输出跟踪和不确定性补偿的猎雷声纳基阵鲁棒控制策略。仿真结果表明了所提出的控制策略具有有效性与可行性。 第1章 绪论12-30
1(1 课题背景12-13
1(2 国外猎雷技术发展综述13-18
1(2(1 国外新型反水雷舰艇概述13-15
1(2(2 国外猎雷声纳及其控制稳定系统概述15-18
1(3 我国猎雷装备现状18-19
1(4 不确定性非线性系统鲁棒控制综述19-28
1(
4(1 基于反馈线性化的鲁棒控制19-20
1(
4(2 基于Lyapunov直接方法的鲁棒控制20-23
1(
4(3 鲁棒H~?控制23-25
1(
4(4 变结构控制25-26
1(
4(5 鲁棒自适应控制26
1(
4(6 鲁棒综合控制方法26-28
1(5 本文的主要工作28-30第2章 非线性系统理论基础30-382(1 引言302(2 Lyapunov稳定性理论30-322(3 微分几何理论基础32-362(4 干扰解耦问题362(5 本章小结36-38第3章 猎雷声纳基阵动力学建模研究38-633(1 引言383(2 猎雷声纳基阵坐标系的定义与坐标变换38-443(2(1 声纳基阵相关坐标系的定义39-403(2(2 坐标变换40-423(2(3 各框架坐标系位置矢量的表达42-433(2(4 各框架坐标系的速度及角速度表示43-443(3 动量与动量矩定理44-473(3(1 一般刚体的惯量矩阵、动量与动量矩44-453(3(2 各框架的惯量矩阵、动量与动量矩45-473(4 各框架旋转运动方程的建立47-573(
4(1 内框架旋转运动方程48-503(
4(2 内-中框架组合体旋转运动方程50-523(
4(3 内-中-外框架组合体旋转运动方程52-553(
4(4 外力矩分析55-573(5 声纳基阵运动方程的展开形式57-593(6 模型仿真研究59-623(7 本章小结62-63第4章 猎雷声纳基阵动力学特性分析与模型简化63-80
4(1 引言63
4(2 猎雷声纳基阵动力学特性分析63-68
4(2(1 惯量矩阵的特性分析63-66
4(2(2 猎雷声纳基阵的动力学特性66-68
4(3 模型简化研究68-78
4(3(1 结构简化68-71
4(3(2 数值简化71-75
4(3(3 简化结果与仿真研究75-78
4(4 本章小结78-80第5章 猎雷声纳基阵可测干扰解耦研究80-102
5(1 引言80
5(2 多变量非线性系统的反馈线性化80-82
5(3 非线性系统可量测干扰解耦研究82-90
5(3(1 问题的描述82-83
5(3(2 静态前馈,状态反馈控制83-86
5(3(3 动态前馈,静态状态反馈控制86-90
5(4 不确定非线性系统的鲁棒干扰解耦90-93
5(
4(1 问题的描述90
5(
4(2 鲁棒干扰解耦问题可解条件90-93
5(5 猎雷声纳基阵鲁棒干扰解耦研究93-101
5(
5(1 声纳基阵动力学模型整理93-94
5(
5(2 干扰解耦控制器设计94-97
5(
5(3 仿真研究97-101
5(6 本章小结101-102第6章 猎雷声纳基阵鲁棒输出跟踪控制102-1206(1 引言1026(2 输出跟踪与参数化误差动态方程102-1046(3 具有可调参数的不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪控制104-1116(3(1 问题的描述104-1056(3(2 具有可调参数的鲁棒输出跟踪控制设计105-1066(3(3 稳定性分析106-1096(3(4 具有可调参数的鲁棒输出跟踪控制仿真检验109-1116(4 猎雷声纳基阵姿态鲁棒输出跟踪控制111-1196(
4(1 基于反馈线性化的鲁棒控制策略111-1126(
4(2 误差动态方程与鲁棒跟踪控制律112-1146(
4(3 仿真研究114-1196(5 本章小结119-120结论120-122
参考文献
122-132课题研究期间发表的论文132-134致谢134
浙公网安备 33021202002483