王毓顺[1]2001年在《潜艇近水面空间运动联合控制系统研究》文中指出近年来，随着潜艇的军事战略地位的日益提高，世界上一些主要军事大国都加强了对潜艇的研究工作。由于潜艇在水下的活动范围有限，同时潜艇又必须具备良好的操纵性能，既要保证定深，定向的稳定运动，又要能机动灵活的规避或进入武器发射的战斗状态。这样就给潜艇的操纵控制提出了很高的要求。本文就潜艇综合操纵控制系统的设计作了理论上的研究和探索，完成的主要工作有： 首先，本文利用潜艇六自由度运动的原始数学模型，通过化简得到潜艇的运动仿真模型和控制系统设计用数学模型。利用所得到的数学模型，针对潜艇运动各自由度之间的强耦合、非线性及近水面航行受波浪力干扰的特点，本文采用了鲁棒性强，且具有解耦功能和处理非线性能力的变结构控制来设计潜艇变结构控制器。 针对变结构控制存在抖动的缺点，首次提出了用饱合边界层和自适应双神经元变结构控制器(Adaptive Variable Structure Control with Twin-neuron简称AVSCT)的设计方法，并将其应用于潜艇空间运动联合控制系统中。 首次在潜艇AVSCT中引入PSD智能控制算法，并采用了分别调整学习速率的方法。 在研究潜艇近水面空间运动联合操纵控制系统中，首次提出了在操纵控制系统中采用水舱的模糊控制方法，并首次将单神经元引入水舱模糊控制中，使水舱的模糊控制表可以在线学习、修正。 在研究潜艇在深海航行的操纵控制中，首次提出了具有双基因遗传算法的模糊滑模控制器的新方法，仿真结果表明了该方法不仅避免了抖振的影响，而且具有很好的系统性能。
常赛[2]2010年在《潜艇近水面航行控制方法研究》文中研究说明随着世界科技的发展及对能源需求的迅速增长,更多的人将目光投向海洋。潜艇作为海军重要的武器装备之一,已得到各国的大力发展。潜艇本身是个具有高度非线性、强耦合性、参数时变性的复杂系统,近水面运动的强干扰性进一步增加了控制的难度。本文针对潜艇运动的上述特性,应用滑模变结构理论对潜艇航向和深度自动舵设计进行了研究。目前很多潜艇控制研究仅局限于水平面或竖直面,忽略了平面间的耦合,因此在实际应用中效果差强人意。本文根据美国泰勒海军研究和发展中心(DTNSRDC)推出的潜艇标准运动方程,忽略非主导因素水动力项,建立了适用于仿真的潜艇六自由度运动控制模型,并对模型进行仿真研究讨论其正确性,从而确定潜艇空间运动的特点；对潜艇近水面运动所受海洋干扰力进行了仿真研究并给出了海平面上一阶海浪力的随时间变化的实时值及二阶波浪力各参数随深度、遭遇角变化的趋势。本文通过分析滑模变结构的基本理论,指出滑模控制系统动态响应与切换函数的关系,讨论了滑模变结构系统常见的抖振问题的成因,理论分析并直观说明了抖振的实质是极限环的存在,并据此针对仿射非线性系统提出了应用模糊趋近率及基于接近角的新型饱和函数的降抖振方法,其中模糊趋近率主要应用于达到阶段,根据切换函数及切换函数导数来选择相应的趋近速度,并在快速逼近滑模面时给予一定补偿,以保证系统的快速性及滑模面上趋近速度为零的有机统一；基于接近角的新型饱和函数主要作用在滑模面附近,以变边界层厚度的方式使系统状态点快速稳定在滑模面上。本文应用滑模变结构理论及降抖振方法设计了潜艇空间运动的航向自动舵以及深度自动舵,并分别在有海洋扰动和无扰动情况下进行了仿真。通过与传统的PID舵对比可以发现滑模自动舵超调小,动态响应好,后期在航向误差很小时也能迅速消除稳态误差,调节时间短。在存在海洋干扰的情况下,滑模航向自动舵可以综合考虑潜艇各状态变量确定控制量,在舵角变化幅度较小的前提下取得了更好的控制效果,节省能源。而潜艇首、尾升降舵联合操舵系统的设计实现了潜艇双执行机构的联合控制,有效地避免了分别对二者进行设计时的冲突,在静水中无论航向改变时的定深运动还是变深运动均可迅速达到指令值并实现无静差控制。当存在环境干扰时,潜艇也可在二者共同作用下具有较好的动态响应,维持在指令值附近,且首尾升降舵的变化幅度随深度的增加而减小,与所受干扰力随深度成指数衰减的理论相符,取得了较好的控制效果。
冯俊梅, 连琏, 葛彤[3]2005年在《潜艇操纵控制方法的现状与发展》文中研究表明在大量相关文献的基础上,对潜艇空间机动中出现的非线性、两平面运动间的强耦合、参数的时变特性以及近水面时的定深控制等潜艇操纵控制的难点问题及其处理方法进行了分析、探讨和综述。
张晶[4]2009年在《潜艇运动建模及简化技术研究》文中指出航行训练模拟器是训练潜艇操纵人员的重要装置。而潜艇动力学模型的建立及解算是航行训练模拟器的核心问题。本文以航行训练模拟器为研究对象,对潜艇动力学模型的建立及其简化技术进行研究,完成的主要工作有:首先,本文从刚体的动量定理出发,通过对潜艇运动的受力分析,以泰勒级数和微分方程理论作为主要的数学工具,推导了潜艇在无限广深静水中较为完整的平面和空间六自由度运动方程。通过阅读文献研究了近水面运动的潜艇在浪和流等干扰下的运动响应,建立了波浪力、流力干扰模型以及潜艇在近水面的操纵模型。对于日常的实艇训练中难以实现的应急情况,建立了潜艇破损进水模型和高压供气排水等模型。针对潜艇空间六自由度运动方程过于复杂这一问题,根据实艇操纵经验和对水动力系数的分析并阅读文献,得出了供仿真使用的仿真简化模型和供潜艇自动舵使用的潜艇控制简化模型。研究了潜艇操纵性与水动力系数之间的关系,改进水动力系数敏感性指数的测量方式,从水平面Z形操作机动、定常回转运动、垂直面梯形操舵机动叁种操纵性试验中提取操纵性特征量对水动力系数敏感性指数进行测量,进而剔除一些对操纵性响应不敏感的水动力系数,对潜艇空间六自由度运动方程进行简化。最后将这种简化方式以交互界面工具的形式提供给用户使用。本文最后完成了基于VC与MATLAB的混合编程的潜艇动力学模型应用单元的设计。这个单元会根据潜艇的深度而选择深水或近水面模型进行解算,当模拟应急操纵时,系统会启用破损、舵卡模型进行运算,并会根据艇员的操作启用动力抗沉模型,并定时向显控装置发送潜艇姿态信息。采用混合编程的方式会为后续的模型调试带来极大的方便。
熊瑛[5]2011年在《基于智能控制的潜艇操纵运动仿真研究》文中提出操纵性是现代潜艇最重要的总体性能之一,良好的操纵性对于保证潜艇航行安全、充分发挥潜艇工作效能和战斗力,都有着极其重要的意义。潜艇操纵控制系统主要由操舵、均衡、潜浮和悬停分系统组成。本文主要针对潜艇悬停和操舵两个分系统进行研究。本文通过对潜艇空间六自由度运动模型进行分析,求得了一组适合于悬停控制系统的潜艇空间运动设计模型,并通过研究分析建立了水下悬停时干扰力数学模型,为基于模糊控制的潜艇悬停运动仿真研究提供了验证基础。针对潜艇悬停操纵运动的特点,通过构造模糊控制规则,完成了基于模糊控制的定深悬停控制器的设计。仿真结果表明模糊控制器能在潜艇定深悬停中起到很好的控制效果,并具有超调量小,调整时间短,鲁棒性好等优点。基本的模糊控制因为论域限制无法实现潜艇变深悬停,本文提出了基于变论域模糊控制的悬停控制器。通过设计双输入单输出的显遗传变论域模糊控制算法,完成了潜艇变深悬停控制。仿真结果表明,新的控制系统对于变深悬停能够达到良好控制的目的,可以提高控制精度,显示了更好的鲁棒性和抗干扰能力。针对水面航行的潜艇,易受到风浪高频干扰而产生频繁操舵的问题,本文提出了采用直接模型参考的神经网络自适应控制方法。在潜艇航向的离线辨识中引入了参考模型,通过参考模型的输出和潜艇模型的实际输出来调整RBF神经网络的权值,以达到潜艇水面航向的自适应控制,并且针对风浪干扰设计了切比雪夫II型滤波器。仿真表明结合切比雪夫II型滤波算法和直接模型参考神经网络自适应控制算法,能够很好地解决潜艇航向控制在海浪干扰下的无效操舵问题。针对潜艇垂直面运动存在严重耦合的问题,本文提出了采用神经网络辨识器、神经网络滤波器、神经网络控制器相结合的控制方案。辨识好的神经网络模型为控制器提供梯度信息,且用神经网络模型输出替代潜艇模型输出,以达到抗干扰的目的。通过引入Levnberg-Merqnardt优化算法对传统BP算法进行了改进,加快了BP网络的学习收敛速度和学习精度。采用的带局部反馈的RBF网络和实时递归算法能够进行垂直面的有效滤波。大量仿真表明,该控制方案能很好地解决有风浪干扰下的潜艇垂直面的无效偏舵。
王先洲[6]2006年在《船舶及潜艇操纵中的鲁棒控制研究》文中提出本文运用鲁棒控制理论对船舶及潜艇操纵进行了系统的研究。内容包括四部分:海浪滤波器的设计、波浪中船舶航行的航向控制、舵减横摇控制系统设计以及潜艇空间运动控制。首先,本文提出了一种新的基于扩张状态观测器的海浪滤波器设计方法。由于一阶波浪干扰通常位于船舶的伺服机构和执行机构的带宽之内,如果用船舶的舵或推进器对振荡的高频波激运动进行补偿,将会引起频繁操舵,但海浪滤波器通过将船舶的低频运动与由于一阶波浪激起的高频运动进行分离,避免这种情况的发生。在船舶航向控制部分,首先探讨了一种简单、合理的波浪力计算方法,然后直接针对航向非线性方程运用自抗扰控制理论设计了一种鲁棒自动舵;同时,基于一阶K-T方程设计了变结构鲁棒自动舵。不同海况下的仿真结果表明:两种自动舵对系统参数摄动和外界干扰都具有很好的鲁棒性,且海浪滤波器在较大的范围内工作良好,避免了频繁操舵。在舵减横摇控制系统部分。本文建立了一个包括横摇的四自由度运动模型,在此基础上,深入分析了舵减摇系统的响应及干扰特性,指出了横摇响应幅值的大小取决于遭遇频率与船舶横摇开环特性的相对位置。并且观察到船舶处于靠近横浪区域时,侧向水动力激起的横摇在比较宽的频率范围内都存在的现象。在此基础上,本文设计了两种舵减横摇控制系统,结果表明,在舵速不太高的情况下,两种算法均取得了很好的减摇效果,同时,航向也能保持。在潜艇空间运动控制部分,本文运用解耦控制理论分析了潜艇垂直面上,深度及纵倾与艏、艉升降舵之间的耦合特性,得出了一些有益的结论。采用变结构控制分别设计了水平面航向控制,垂直面的纵倾控制。垂直面的深度控制采用含有跟踪微分器的自抗扰控制器的进行设计,避免了潜艇大机动变深时转换深度的确定。
朱计华[7]2007年在《水下机器人近水面运动的变结构控制技术研究》文中研究表明水下机器人是一个典型的强非线性、强耦合和不确定系统，其精确的运动模型通常难以获得。而当水下机器人近水面航行时，复杂的波浪干扰将使其运动状态发生明显的改变，水动力特性也更为复杂，运动的非线性更加显着。在二阶波浪力的抽吸作用下，水下机器人会出现逐渐上浮的现象。因此，水下机器人近水面的定深控制是比较困难的。变结构控制作为控制的综合方法，其优点在于可采用不精确的数学模型进行控制器设计，且其滑动面的设计与控制对象的参数以及各种外干扰变化无关，成为水下机器人近水面控制的有效方案。论文旨在探讨变结构控制技术在水下机器人近水面运动控制中的应用，并设计出性能优良的水下机器人运动控制系统。首先在水下机器人六自由度动力学模型基础上，根据实际需要进行了适当简化，采用波浪频谱的方式对近水面航行时所受到的波浪干扰力进行了数值计算和仿真研究；接着研究了一类可控正则型非线性系统的变结构控制问题。对于可控正则型多输入系统，选择分散滑模控制模式，将可控正则型系统化为线性简约型。采用极点配置法设计了切换函数，应用指数趋近率和光滑函数法来削弱变结构控制系统中的抖振现象，并为了消除波浪干扰下可能出现的稳态误差，在变结构控制器中加入积分项；最后对所设计的水下机器人积分变结构控制器分别进行了静水域和波浪干扰下的仿真试验。系统仿真表明，所设计的控制系统动态品质良好，有较强的抗波浪干扰能力，同时也验证了积分变结构控制方法对于水下机器人近水面运动控制是可行的和有效的。
吉向敏[8]2009年在《基于仿生翼的小型潜器综合减摇技术研究》文中研究指明水面、近水面作业的机器人在受到海浪干扰的情况下,或是水下机器人下沉上浮过程中姿态不稳定,都会影响机器人的作业功能和工作效能,甚至会影响到机器人的安全性。一直以来,舵与螺旋桨都作为潜器姿态控制等方面的执行机构。减摇鳍在本质上与舵是相同的,基于目前零航速减摇鳍的研究,考虑将舵用零航速减摇鳍来代替,也是一种可以考虑实现的方法。零航速减摇鳍与普通减摇鳍的区别主要体现在运动方式和外型上,在中高航速状态下,二者运动方式相同,都是通过调整减摇鳍的攻角大小来改变升力;当航速为零时,则是通过鳍在水平位置附近的上下振动来产生升力,与鸟类和昆虫的扑翼飞行相似。本文以潜器六自由度运动模型为基础,从实际航行以及潜器控制系统仿真等方面考虑,简化了潜器的运动模型。潜器在海浪中航行的真实运动情况非常复杂,在分析潜器受力情况时,以不影响模拟精度为前提下,作了合理的假设。对潜器在近水面航行时遭受到的波浪力、力矩作了数值计算,得到了横摇力矩、纵摇力矩、艏摇力矩、横荡力、纵荡力、升沉力的数值计算公式,通过Matlab编程,得到了它们的仿真曲线。零航速减摇鳍升力产生机理以及升力模型作为代替舵控制的理论基础,并据此设计了基于模糊自适应PID控制器的潜器运动控制系统。对潜器控制仿真系统作了分析研究,得到了潜器在近水面受到海浪干扰作用下横摇角、纵摇角的仿真曲线,以及在零航速减摇鳍控制下的横摇角、纵摇角的仿真曲线,结果显示了基于模糊自适应PID控制器对系统的非线性和系统不确定性具有较强的自适应性,也表明仿生翼-零航速减摇鳍潜器综合减摇控制系统在理论上是合理的。
高富东[9]2012年在《复杂海况下新型水下航行器设计与关键技术研究》文中研究指明现代自主式水下航行器是一个能在复杂海洋环境下执行各种军民用任务的智能化无人平台，能够较好地满足科学研究、军事行动和商业应用等需求，充分开发和利用海洋资源。随着使命需求的不断复杂化和多样化，水下航行器正朝着系统化、多功能化及集群技术方向发展。现有功能单一的水下航行器已无法满足目前任务需求的变化，更重要的是复杂海况下水下航行器的设计理论也亟待进一步完善，以适应水下航行器的概念设计，保证多功能水下航行器具有抵抗环境扰动、机动灵活地完成各种任务的能力。因此，复杂海况下多运动态新型水下航行器的总体设计及相应关键技术问题的研究对于推进我国自主式水下航行器的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。本文密切追踪自主式水下航行器的国际发展前沿，以小型化、模块化、经济性和可靠性为设计目标，研制了一种具有水下矢量推进航行、海底着陆坐底、地面轮式行驶和地面爬行功能的多运动态新型水下航行器，并针对其在复杂海况下的运动学与动力学、航行控制以及绕流场特性等若干关键理论问题进行了系统深入地研究，为进一步制作试验样机提供了重要的理论依据和技术指导。概括起来，论文的主要成果有以下几个方面：(1)提出了多运动态新型水下航行器的总体设计方案。采用主附体可分离的总体结构，分别设计了升沉系统、矢量推进装置、测量和通讯模块、操纵模块以及控制系统，并详细分析了其系统结构及工作原理，保证了新型水下航行器具有水下矢量推进航行、海底着陆坐底、地面轮式行驶和地面爬行的多动态功能。其中活塞式升沉系统完成重力与浮力的分布调节，矢量推进装置实现轮、腿、推进和航向控制四种功能的完全统一，测量与通讯模块应用经济性设计的复用调节系统，操纵模块采用正交设计和传动精度高的齿轮传动机构，控制系统采用分布式控制系统结构。该新型水下航行器采用舵和矢量推进器联合进行航向控制，实现了高、低速下不同航向控制方式的多种运动模式。其各主要功能机构的创新性设计和运动学分析表明，所设计的新型水下航行器完全符合设计目标和功能要求。(2)研究了新型轮式螺旋桨的参数化设计及其力学性能。螺旋桨是一种特殊的复杂曲面零件，根据其结构特点和工艺要求定义参数化变量，推导出螺旋桨叶切面局部坐标系到全局坐标系的坐标转换公式。采用Matlab编程技术解决将不同图谱形式提供的叶切面几何参数应用到叁维CAD建模过程的问题。通过Solidworks软件曲面放样、曲面缝合和曲面加厚等命令完成复杂曲面螺旋桨的实体造型。两种形式螺旋桨图谱的造型实例表明，螺旋桨参数化设计过程简单实用、提高了系列螺旋桨的生成效率。在此基础上，运用计算流体动力学(CFD)理论，采用分区混合网格方案，将RANS方程分别与标准k-ε、标准k-w及RSM叁种湍流模型相结合探索了螺旋桨粘性流场的数值计算方法。通过DTMB4119桨、DTRC3745桨和D4-70桨敞水性能预报值与试验数据的对比，验证了螺旋桨造型方法的准确性和其敞水性能数值计算方法的正确性。其中，DTMB4119桨的敞水性能计算值中，RSM、标准k-ε和标准k-w模型的最大误差分别为5.47%、7.41%和11.21%，这表明RSM湍流模型更适合螺旋桨粘性流场的数值计算，且具有较高的预报精度，为复杂旋转机械粘性流场计算中湍流模式的选取提供了参考意见。通过对螺旋桨粘性流场计算结果的分析，给出了螺旋桨粘性流动所特有的流动分离、梢涡的形成与结构以及尾流场等一些重要现象和特征，为新型高效螺旋桨的设计提供了理论指导。在导管螺旋桨和梢载螺旋桨(CLT)特性分析的指导下，通过一系列螺旋桨的敞水性能计算与对比，提出了一种具有推力大、结构强度高、流体动力性能稳定及抗桨叶颤振等优点的新型轮式螺旋桨(WPD4-70)设计方案，突破了螺旋桨功能单一的设计瓶颈。为保证新型水下航行器着陆行驶的安全性和稳定性，通过有限元方法对WPD4-70进行非线性屈曲分析得到了其最大许用载荷为3975N。同时，对WPD4-70进行的模态分析得到了其固有频率和振型，各阶固有频率均小于模型Ⅳ的相应值，这表明在行驶状态下其隔振能力得到增强。从前四阶振型图看，一阶振型(主振型)表现为桨叶的扭曲，其余振型则表现为轮边的径向伸缩。最终设计的WPD4-70具有较好的敞水性能和强度特性，完全满足新型水下航行器的多运动态功能要求。(3)研究了复杂海况下新型水下航行器的非线性动力学问题。根据新型水下航行器的结构特点和运动特性，运用欧拉角法建立了六自由度运动学模型。采用四元数法解决了欧拉角法中奇异点(纵倾角θ=±90)影响任意姿态角运动仿真问题。基于随机波浪理论，分别基于牛顿第二定律和拉格朗日方法建立了复杂海况下新型水下航行器的六自由度非线性动力学模型，两种理论方法所推导的动力学模型完全一致，验证了数学模型的正确性。在此基础上，建立了新型水下航行器复杂海况下低频运动和高频运动的数学模型。采用四阶五级龙格-库塔积分算法进行动力学方程求解，不仅可以模拟航行器巡航、悬停等运动模式，还可以描述航行器的低频和高频运动状态，解决了复杂海况下新型水下航行器的耦合非线性空间运动方程运算难和显示难的问题。通过新型水下航行器无环境干扰条件下空间运动性能的计算以及有环境干扰条件下位姿信号的分析，进一步验证了其运动学和动力学模型的有效性，并表明低速航行时采用矢量推进器控制航向和高速航行时采用舵控制航向可以较大地提高水下航行器的机动性能，同时，复杂海况下有必要对新型水下航行器的测量位姿信号进行滤波处理，仅对滤波后的低频位姿信号进行控制可以有效避免能源浪费和推进器磨损等问题。(4)研究了复杂海况下新型水下航行器轨迹跟踪控制问题。新型水下航行器在复杂海况下的快速性和稳定性需要具有较强鲁棒性的控制系统来实现，针对其姿态控制中存在的非线性项和未建模动态，以及外界海洋环境所带来的扰动，采用动态边界层法设计了一种考虑舵执行器动力学特性的二阶双环结构滑模控制器，采用李雅普诺夫稳定性理论验证了控制器的稳定性，并分五种情况分析了系统参数、舵执行器限制条件和边界层等对滑模控制器的影响，证明了基于动态边界层滑模控制器可以有效解决舵执行器幅值和速率限制所导致的姿态控制中滑动模态丧失的问题，并能够避免因理论设计与实际应用条件不符而导致的滑模控制失效。基于潜艇理论，将新型水下航行器的六自由度运动学和动力学方程分解成互不耦合的水平面子系统和纵平面子系统。针对位移无法直接测量而仅能获得偏航角和偏航角速度的水平面子系统，采用基于横向轨迹误差法和视线法相结合的滑模控制器实现了其在不同海况下的高精度轨迹跟踪控制，并保证了航向误差过大时滑模控制器的鲁棒性和控制精度。而针对新型水下航行器纵向位移可测的纵平面子系统，基于单输入多状态系统设计了一种性能稳定的滑模控制器，计算中考虑了水平舵动力学特性以及水平舵偏摆角幅值和速率的限制，采用动态边界层提高了系统的鲁棒性和控制精度，实现了新型水下航行器在不同海况下按照期望姿态准确跟踪时变深度指令信号的能力。通过对比不同海况下新型水下航行器的轨迹跟踪效果，定性和定量上分析了海流和波浪对新型水下航行器滑模控制器的影响，为真实复杂环境下新型水下航行器控制系统的设计提供了理论指导。(5)研究了复杂海况下新型水下航行器的粘性流场特性。基于滑移网格技术，结合RANS方程和SST k-w湍流模型，运用PISO算法对无环境干扰条件下带桨航行器的非定常粘性流场进行了数值求解，计算结果具有较好的收敛性，能够反映新型水下航行器绕流场的真实情况。通过对无环境干扰条件下螺旋桨/航行器艇体流场整体计算与独立计算所得的阻力、速度、压强等进行比较与分析，定性和定量上预报了新型水下航行器艇体伴流与轮式螺旋桨抽吸作用之间的相互作用机理，为真实环境下新型水下航行器艇体和螺旋桨的优化设计、振动与噪声的研究提供了理论依据。新型水下航行器通常需要在复杂海况下完成海面航行状态时的通信任务，因此，有必要对其在海面上高速迎浪航行时的运动形式和绕流场特性进行研究。根据其在波浪中的运动特点，考虑动升力影响，基于切片理论建立了新型水下航行器在微幅规则波中高速迎浪运动的数学模型，并采用高斯消元法计算出了新型水下航行器垂荡和纵摇的运动规律。基于动网格技术，采用以DEFINE_CG_MOTION宏编制的UDF函数程序源代码实现了新型水下航行器在绕流场计算域内高速迎浪航行状态下的运动形式。根据新型水下航行器纵向运动系统的坐标转换原理，采用以DEFINE宏编制UDF函数程序源代码的纯数值造波技术，通过自定义非定常入口边界实现了新型水下航行器绕流场计算域的叁维数值造波。在此基础上，运用CFD技术，结合RANS方程、SST k-w模型以及VOF模型建立了新型水下航行器带自由液面的非定常粘性绕流场数学模型。通过数值计算得到了新型水下航行器的阻力、升力、纵倾力矩、速度、压强以及兴波等流场参数，较好地反映了航行器高速迎浪航行时绕流场的真实情况。自由液面的波形刻画总体上与试验中穿浪航行器的兴波轮廓完全相符，有效验证了数值计算方法的正确性。
谢礼飞[10]2015年在《潜艇水下避碰辅助决策技术研究》文中指出目前,世界各国把海洋当做一个重要的战略领地,围绕着海洋权益进行了各种争夺。而潜艇作为一个具有强大攻击性,高度隐蔽性的战略性武器,在其诞生以来,便在各种海上争端中发挥了重要的作用。它是一个国家海军实力的象征,具有很高的地位和价值。同时,潜艇在海上的航行又是一个具有高风险行动。潜艇一旦发生事故将造成及重大的损失,后果不堪设想。在众多潜艇事故中,碰撞事故是发生最频繁、对潜艇造成损失最大的。近来年,越来越多的潜艇碰撞事故为潜艇的水下航行敲响了警钟。而现阶段对潜艇航行避碰问题研究的文献较少,因此本论文开展关于潜艇水下航行辅助决策技术研究。面对潜艇水下避碰问题的复杂性和特殊性,论文在水面船舶避碰的基础上,针对潜艇的水下避碰问题进行了深入研究,基本思路是:首先对潜艇运动模型进行了建立,然后阐述了潜艇避碰基本原理,最后建立了潜艇碰撞危险度模型,并基于此完成了潜艇辅助决策避碰系统。首先,对潜艇运动模型进行了建立。要对潜艇的避碰行动进行分析,首先需要建立潜艇的动力学模型。本文分析了潜艇运动过程,基于潜艇的运动特点和物理学原理,通过一些符合要求便于分析的假设之后,得到了潜艇空间运动的数学模型。其次,对潜艇避碰基本原理进行了分析。为了实现潜艇的航行避碰,这里以水面舰船避碰的基本机理和规则为参考,明确潜艇避碰的相关知识和基本原理。由于《1972年国际海上避碰规则》只是简单说明了避碰规则,而且对于潜艇来说,由于其自身的特殊性,不能完全按照规则来避碰。论文详细介绍了潜艇的避碰过程,对潜艇会遇态势进行了划分,明确了潜艇避碰规则,确定了潜艇安全会遇距离,比较清楚的阐述了潜艇航行避碰的基本原理。再次,对潜艇碰撞危险度模型进行了建立。为了确定潜艇碰撞危险,进而采取避碰策略,论文对潜艇水下避碰提出了一种基于模糊原理的碰撞危险度模型,对水平面上的碰撞危险度和垂直面上的碰撞危险度分别进行计算分析,最终确定潜艇的碰撞危险度。最后,利用了MATLAB构建了基于本文阐述避碰决策模型的潜艇辅助避碰决策系统,并对其进行了仿真实验,证明了该系统的有效性,成功的达到了辅助避碰决策的目的。
参考文献：
[1]. 潜艇近水面空间运动联合控制系统研究[D]. 王毓顺. 哈尔滨工程大学. 2001
[2]. 潜艇近水面航行控制方法研究[D]. 常赛. 哈尔滨工程大学. 2010
[3]. 潜艇操纵控制方法的现状与发展[J]. 冯俊梅, 连琏, 葛彤. 海洋工程. 2005
[4]. 潜艇运动建模及简化技术研究[D]. 张晶. 哈尔滨工程大学. 2009
[5]. 基于智能控制的潜艇操纵运动仿真研究[D]. 熊瑛. 中国舰船研究院. 2011
[6]. 船舶及潜艇操纵中的鲁棒控制研究[D]. 王先洲. 华中科技大学. 2006
[7]. 水下机器人近水面运动的变结构控制技术研究[D]. 朱计华. 哈尔滨工程大学. 2007
[8]. 基于仿生翼的小型潜器综合减摇技术研究[D]. 吉向敏. 哈尔滨工程大学. 2009
[9]. 复杂海况下新型水下航行器设计与关键技术研究[D]. 高富东. 国防科学技术大学. 2012
[10]. 潜艇水下避碰辅助决策技术研究[D]. 谢礼飞. 哈尔滨工程大学. 2015