潜器推进器现代控制方法研究

论文摘要

随着海洋资源的开发和科技的进步,潜器的研究就具有十分重要的现实意义。本文主要的研究内容为潜艇推进系统的控制。本文首先分析了潜器—主机—桨彼此之间的影响,并根据螺旋桨的设计理论在给定潜器参数的条件下设计出最佳的螺旋桨,并对其负载特性进行了分析。然后,根据所得的负载螺旋桨的特性和液压伺服系统设计的基本原理,建立潜器推进器电液伺服系统的模型。本文中电液伺服系统为阀控马达系统,主要包括电液伺服阀、放大器、液压马达、反馈元件等。通过选择合适的液压元件建立整个电液伺服系统的数学模型。针对建立的潜器推进电液伺服系统的模型,本文采用了两种现代控制方法实现对其的控制。一种是模型参考模糊自适应PID控制(Model ReferenceFuzzy Adaptive PID简称MRFA PID),它将模糊控制、自适应控制和传统PID控制相结合,用模糊逻辑取代了复杂的自适应律的推导,并在线整定控制器参数,使得控制器易于设计,且具有较好的自适应能力。另一种是单神经元自适应PID控制,它应用单神经元控制的自学习能力,在线整定控制器的参数,使系统具有自整定和自适应性,即具有良好的鲁棒性和实时控制效果。同时本文对两种控制方法分别进行了Matlab仿真,并与传统PID控制进行比较。通过分析仿真结果可以得出两种控制方法均达到了预期的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的立题背景、意义和来源
• 1.2 潜器液压推进系统概述
• 1.3 液压系统控制方法概述
• 1.4 本论文的主要任务
• 第2章 潜器、主机、桨的匹配分析及螺旋桨的设计
• 2.1 螺旋桨的水动力特性
• 2.1.1 伴流—船体对螺旋桨的影响
• 2.1.2 推力减额—螺旋桨对船体的影响
• 2.1.3 相对旋转效率—伴流不均匀性的影响
• 2.1.4 推进效率
• 2.2 主机马力及其传递
• 2.3 螺旋桨的设计
• 2.3.1 螺旋桨设计的要素
• 2.3.2 螺旋桨的图谱设计
• 2.4 螺旋桨的负载特性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 潜器推进器电液伺服系统模型的建立
• 3.1 阀控马达速度控制伺服系统的组成
• 3.2 阀控马达速度控制伺服系统元件的选择
• 3.2.1 液压马达的选定
• 3.2.2 电液伺服阀的选定
• 3.2.3 伺服放大器和速度传感器的选定
• 3.3 阀控马达动力机构模型的建立
• 3.3.1 阀控马达系统的基本方程
• 3.3.2 阀控马达系统传递函数的推导
• 3.3.3 阀控液压马达模块参数的确定及传递函数的计算
• 3.4 阀控马达系统频率特性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 潜器推进器MRFA PID控制方法研究
• 4.1 控制算法的选择
• 4.2 电液伺服系统PID控制参数的设计
• 4.2.1 PID控制的基本原理
• 4.2.2 数字PID控制的发展
• 4.2.3 电液伺服系统PID控制器参数的整定
• 4.3 参考模型的选定
• 4.4 模糊自适应控制器的设计
• 4.4.1 模糊控制的基本原理
• 4.4.2 模糊控制器的设计
• 4.5 仿真分析
• 4.5.1 系统仿真模型的建立
• 4.5.2 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 潜器推进器单神经元自适应控制方法研究
• 5.1 单神经元控制的基本原理
• 5.1.1 单神经元的模型
• 5.1.2 单神经元的学习规则
• 5.2 潜器推进器单神经元自适应PID控制器的设计
• 5.2.1 单神经元自适应PID控制算法
• 5.2.2 改进的单神经元自适应PID控制算法
• 5.2.3 单神经元自适应PID控制器的实现
• 5.3 仿真分析
• 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