水下超空泡航行体通气控制系统设计

论文摘要

超空泡技术在水下航行体上应用前景十分广泛,由于超空泡的减阻效应,使得其在水下航行体超高速运动中阻力减少90%以上。超空泡主要有两种形态--自然超空泡和通气超空泡。使用通气的方法有助于在水下航行体上获得更稳定的空泡状态。本文在超空泡的理论基础上,运用智能控制系统--模糊控制技术对水下航行体的内置通气系统进行设计。应用先进的流量测量技术,选用技术成熟、调节稳定的电子式电动调节阀为执行机构,通过热式质量流量计测量气体流量,依据智能控制技术—模糊控制,以单片机为核心控制器,结合专家经验和经验公式,作为模糊控制的控制量依据。其次,根据哈尔滨工业大学水洞通气系统设计方案,运用模糊控制技术在MATLAB软件上对fuzzy控制和PID控制的效果进行比较。并在此基础上对误差变化、误差变化率以及控制量的量化因子变化进行比较。最后,对内置通气系统进行硬件与软件的设计。硬件上采用以单片机AT89S51为处理器,TLC549和TLC5620的模数与数模转换电路,应用键盘接口技术,采用先进气源--废热循环技术,实现内置系统的硬件搭构。软件以MC-51语言编写,在uVision上进行调试,并在MATLAB软件上进行仿真试验,实现内置通气控制系统的稳定、可靠运行。本文设计内置通气控制系统,能够完成对通气系统的气体流量进行自动控制,其控制精度,稳态误差和响应时间均达到了试验要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外航行体通气系统应用状况
• 1.3 模糊控制技术的发展与应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 模糊控制器与通气系统的总体设计
• 2.1 通气系统理论
• 2.1.1 空化数的定义
• 2.1.2 超空泡的主要参数
• 2.2 模糊控制器设计技术
• 2.2.1 模糊控制器的输入和输出变量
• 2.2.2 模糊控制规则的设计
• 2.2.3 模糊变量的模糊化和清晰化方法隶属度函数
• 2.3 调节阀流量特性及流量计的原理
• 2.3.1 质量流量计的工作原理
• 2.3.2 气体流量执行模块
• 2.4 内置通气控制系统总体结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 水洞通气控制系统改进
• 3.1 水洞通气控制系统设计
• 3.2 控制效果仿真比较
• 3.3 量化因子变化仿真效果
• 3.4 本章小结
• 第4章 内置通气控制系统设计与仿真
• 4.1 内置通气系统设计
• 4.1.1 流量检测与调节模块
• 4.1.2 气体流量控制器的封装
• 4.2 内置通气系统执行结构设计
• 4.2.1 单片机 AT89S51
• 4.2.2 信号转换电路设计
• 4.2.3 I/O 键盘接口8279 芯片
• 4.2.4 总体硬件电路连接
• 4.2.5 内置通气控制系统软件设计
• 4.3 内置模糊控制系统仿真及优化设计
• 4.3.1 内置模糊控制系统仿真
• 4.3.2 内置模糊控制系统优化设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢