基于专家系统的潜艇自主抗沉技术研究与仿真

论文摘要

由于潜艇的隐蔽性与突发打击能力,现在潜艇已成为世界各国海军重点发展的装备之一。但长期以来,潜艇安全事故频发,再加之科技的高速发展,装备越来越复杂,其最大航速、最大潜深提高很多,一旦出现事故,留给潜艇操作员及时、快速、准确进行抗沉操作的时间也变得更短。因此,有必要对潜艇抗沉挽回的操纵运动规律和自动控制方法进行研究。本文在前人对潜艇抗沉研究的基础上,对潜艇自动抗沉方法进行了相关研究。首先,在潜艇大攻角六自由度运动方程的基础上建立了卡舵、舱室破损进水事故时的附加力数学模型；建立了气体吹除、抛弃压载等数学模型。使用Matlab工具搭建了潜艇抗沉仿真系统,对潜艇卡舵、舱室破损进水时的操纵与控制方法进行了研究和分析,得到了潜艇典型故障的安全应急操纵方法,为实际操艇和后续潜艇自动抗沉控制系统的设计提供了知识依据。其次,将自动控制的概念引入到潜艇抗沉系统中,以应对紧急情况下人为操纵不足的情况。在分析传统控制方法不足的基础上,使用专家控制系统对潜艇典型故障的自动抗沉进行研究,并结合文献资料和仿真结果建立了潜艇抗沉知识库与推理策略。使用VC++6.0搭建了自动抗沉仿真系统,并进行了典型故障的自动抗沉仿真。仿真结果表明,当遇到潜艇卡舵或者舱室进水时,专家系统能够很快的启动抗沉规则,对潜艇早期挽回意义重大。针对潜艇在抗沉过程中的姿态难以控制,容易出现纵倾角、上浮速度过大的现象,本文应用分层控制方法对潜艇自动抗沉系统实现了分层控制,在控制系统下层设计了一种T-S多变量模糊控制器,实现对潜艇抗沉的姿态控制。仿真结果表明,能够很好的控制潜艇的纵倾与上浮速度,控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 潜艇抗沉技术的研究现状
• 1.2.2 潜艇操纵控制方法的研究现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 潜艇水下抗沉操纵的数学建模
• 2.1 潜艇运动坐标系
• 2.2 潜艇水下抗沉基本运动方程
• 2.2.1 潜艇六自由度运动方程
• 2.2.2 六自由度方程的微分求解
• 2.3 潜艇抗沉操纵的数学建模
• 2.3.1 潜艇破损进水模型
• 2.3.2 潜艇气体吹除模型
• 2.3.3 潜艇抛载模型
• 2.3.4 操舵数学模型
• 2.4 仿真系统的建立
• 2.5 本章小结
• 第3章 典型故障下的潜艇操纵研究
• 3.1 潜艇舵卡的操纵方法研究
• 3.1.1 艏舵卡的操纵方法研究
• 3.1.2 艉舵卡的操纵方法研究
• 3.1.3 方向舵的操纵研究
• 3.2 潜艇舱室进水的操纵方法研究
• 3.2.1 启动抗沉时间的研究
• 3.2.2 不同舱室进水的研究
• 3.2.3 不同操纵措施的研究
• 3.2.4 舱室进水操纵仿真结论
• 3.3 潜艇抗沉安全挽回技术
• 3.3.1 潜艇挽回安全标准
• 3.3.2 潜艇事故安全操纵
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于专家控制的自主抗沉系统设计与实现
• 4.1 潜艇抗沉专家控制系统的设计
• 4.1.1 专家控制系统原理
• 4.1.2 抗沉专家控制系统
• 4.2 专家抗沉系统知识库
• 4.2.1 知识的获取
• 4.2.2 知识的表达
• 4.2.3 潜艇抗沉知识库
• 4.3 专家抗沉控制推理方式
• 4.3.1 专家系统推理技术
• 4.3.2 推理方法选择
• 4.3.3 Rete推理算法
• 4.4 自动抗沉系统的实现与仿真
• 4.4.1 专家抗沉系统的实现
• 4.4.2 艉卡下潜舵抗沉仿真
• 4.4.3 艏舱进水抗沉仿真
• 4.4.4 艉舱进水抗沉仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 潜艇抗沉的姿态智能控制设计与实现
• 5.1 潜艇抗沉的分层控制系统设计
• 5.1.1 分层递阶控制原理
• 5.1.2 潜艇自动抗沉的分层控制
• 5.2 基于FLC的潜艇姿态控制
• 5.2.1 FLC基本原理与应用
• 5.2.2 模糊控制的实现过程
• 5.2.3 模糊控制器结构
• 5.3 抗沉系统的姿态模糊控制设计
• 5.3.1 模糊控制器设计
• 5.3.2 抗沉姿态控制仿真
• 5.3.3 控制效果验证总结
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢