潜器变向轴全方位推进器控制系统研究.pdf

分类号: 密级: U D C : 编号: 工学博士学位论文潜器变向轴全方位推进器控制系统研究博士研究生:任冬指导教师:刘胜教授学科、专业:控制理论与控制工程哈尔滨工程大学 2013年4月分类号: 密级: U D C : 编号: 工学博士学位论文潜器变向轴全方位推进器控制系统研究博士研究生:任冬指导教师:刘胜教授学位级别:工学博士学科、专业:控制理论与控制工程所在单位:自动化学院论文提交日期:2013年4月论文答辩日期:2013年6月学位授予单位:哈尔滨工程大学 Classified Index: : A Dissertation for the Degree of Research on Variable DirectionAxis Variable Vector PropellerControl System of Underwater Vehicle Candidate: RenDong Supervisor: Prof. Liu Sheng Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering Specialty:Control Theory and Control Engineering Date of Submission: Apr.,2013 Date of Oral Examination: Jun., 2013 University: Harbin Engineering University 哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字): 日期: 年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字): 导师(签字): 日期: 年月日年月日潜器变向轴全方位推进器控制系统研究摘要目前,在海洋开发和海洋工程中,潜器要执行各种复杂的任务,并且随着各项技术水平的发展,潜器完成任务的难度也在不断提高,这对潜器的操纵性能提出了更高的要求。随着海洋开发和海洋工程的不断深入发展,潜器推进器的小型化、智能化、高效率和高机动性能越来越受到研究者的关注。针对海洋潜器的空间全方位机动行进要求,常规的推进方式已经不能满足研究者对潜器设计的需求。为了使潜器具有更优良的操纵性能,矢量推进技术应运而生,由此而产生的矢量推进系统更是代表了潜器推进系统的发展趋势,也必将成为潜器的主要推进系统之一。本文提出的变向轴全方位推进器正是基于矢量推进技术而设计的一种潜器推进装置,因此,研究潜器变向轴全方位推进器控制系统具有非常重要的意义。首先,本文研究了变向轴全方位推进器的工作机理,提出了变向轴全方位推进器的系统构成方案。通过研究轴变向伺服控制系统角位置控制原理,提出了轴变向伺服控制系统的构成方案,最终给出了轴变向控制系统构成。其次,本文建立了潜器变向轴全方位推进器控制系统数学模型。采用图谱计算法, 通过分析常规桨的敞水特性图谱,运用回归分析方法计算变向轴全方位推进器的敞水特性,建立了可用于工程计算的水动力数学模型。通过分析变向轴全方位推进器的矢量力分解过程,建立了各坐标轴上推力的数学模型,为潜器变向轴全方位推进器的运动控制奠定了基础。在此基础上,本文研究了轴变向伺服控制系统的建模问题,建立了轴变向伺服控制系统的动力学模型和转动力矩模型,并完成了对轴变向伺服控制系统的设计。接着,本文研究了潜器艏艉变向轴全方位推进器智能协调控制问题,提出了艏艉变向轴全方位推进器的推力分配策略,对产生的推力进行合理的分配和控制,实现变向轴全方位推进器的推力效率最大化,通过仿真验证了策略的可行性。然后,提出基于固定尺度的最小二乘法支持向量机方法对变向轴全方位推进器推力指令参数进行求解,解决了推力指令参数求解计算过程复杂,求解效率低的问题。通过仿真结果表明,潜器