某型号水雷动力学分析、控制与仿真研究

论文摘要

本文对某型号水雷的动力学模型的建立、水雷控制系统的设计及仿真进行了初步研究。论文的主要内容包括:1、以某型号水雷为研究对象,通过基本的力学分析,推导相应的运动学方程和动力学方程,建立了水雷的空间运动方程;2、在符合水雷运动情况的假设条件下,对水雷的空间运动进行了分解,并对雷体数学模型进行线性化。通过分析雷体的静稳定性、动稳定性和动态特性,结合数值仿真,研究了雷体模型参数的摄动(反映流体动力参数的变化)对系统稳定性、舵效率及阻尼特性的影响;3、在以上建立的雷体数学模型的基础上,运用Popov超稳定性理论,对某型号水雷模型参考自适应姿态控制系统进行了设计;4、对某型号水雷进行姿态控制系统仿真与试验。在Matlab软件仿真环境下,分别采用模型参考自适应控制系统和线性控制系统进行定点和全弹道数值仿真,并对两种控制系统下水雷性能优劣进行了对比研究。此外,还对采用线性控制方法的方案进行了海试试验。本论文研究工作主要是以某型号水雷为实际背景展开的,得到的研究结果对某型号水雷的后续研发具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文涉及若干关键技术的国内外研究概况与进展
• 1.2.1 水雷国内外发展概况
• 1.2.2 水雷动力学分析的国内外研究概况与进展
• 1.2.3 水雷控制方法的国内外研究概况与进展
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 第二章 某型号水雷的动力学和运动学建模
• 2.1 引言
• 2.2 水雷运动学方程的建立
• 2.2.1 坐标系
• 2.2.2 运动参数
• 2.2.3 坐标系的相互转换
• 2.2.4 水雷的运动学方程
• 2.3 水雷动力学方程的建立
• 2.3.1 动力学条件假设
• 2.3.2 水雷的动量及动量矩
• 2.3.3 水雷的力与力矩
• 2.3.4 水雷的动力学方程
• 2.4 水雷空间运动方程的建立
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 水雷的空间运动方程
• 第三章 某型号水雷的运动特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 雷体纵向通道数学模型线性化
• 3.3 雷体稳定性
• 3.3.1 雷体静稳定性
• 3.3.2 雷体动稳定度
• 3.4 雷体的动态特性
• 3.5 雷体特性对流体动力学参数的灵敏度分析
• 3.5.1 拉偏试验步骤
• 3.5.2 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 某型号水雷姿态控制系统设计
• 4.1 超稳定性理论基本理论介绍
• 4.1.1 参考模型的综合
• 4.1.2 参考模型的特点
• 4.1.3 Popov超稳定性理论
• 4.1.4 正实引理
• 4.2 基本设计步骤
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 设计步骤
• 4.3 水雷模型参考自适应姿态控制系统的设计
• 4.3.1 参考模型设计
• 4.3.2 线性控制器设计
• 4.3.3 自适应机构设计
• 4.3.4 线性补偿器设计
• 4.3.5 水雷模型参考自适应姿态控制系统设计小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 某型号水雷姿态控制系统的仿真与试验
• 5.1 水雷姿态角控制器
• 5.1.1 线性控制器
• 5.1.2 自适应模型参考控制器
• 5.2 定点数值仿真
• 5.2.1 雷体参数变化情况下的控制性能对比
• 5.2.2 引入不同干扰情况下的控制性能对比
• 5.3 海试试验与全弹道数值仿真试验比较
• 5.3.1 海试试验
• 5.3.2 三通道全弹道数值仿真试验
• 5.3.3 线性控制数值仿真与海试结果比较
• 5.4 线性控制与自适应控制全弹道数值仿真比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果