超空泡航行器极点配置变结构控制方法研究

• 作者: 汤柏涛 张建宏 高晔 魏先利
• 来源期刊: 计算机测量与控制
• 学科: 工学
• 关键词: 超空泡 泡体耦合 稳定控制 极点配置 变结构控制
• 年，卷（期）: 2024,（9）
• 所属期刊栏目: 控制技术
• 页码范围: 157-165,182
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2023.09.024

摘要

超空泡航行器在航行过程中，尾部会周期性拍打空泡壁而表现出强烈的“尾拍”现象，尾部空泡是由空化器经历的历史位置形成，呈现强烈的时滞特性，动力学建模和稳定控制是制约其发展的核心难题；针对泡体耦合问题，建立了空泡/刚体相对几何关系一体化实时解算的动力学模型；针对后体非线性特性，采用分段线性化方法，在保留后体尾拍非线性特性的基础上，建立了面向控制的简化模型；为了解决超空泡航行器非线性时滞控制问题，针对弹体运动极其敏感、操纵效率高等特点，采用极点配置的方式将控制模型配置到理想状态；针对尾拍过程非线性和不确定极大的特点，建立了面向扰动的变结构控制器，实现超空泡航行器扰动运动控制；采用极点配置变结构控制方法，分别设计了滚转通道和俯仰通道控制律；利用泡体耦合动力学模型进行6 DOF控制闭环轨迹仿真，稳定巡航过程中深度控制误差小于0.1 m,滚转角控制误差小于4°,表明该控制方法能够对航行器滚转角和深度实现稳定控制，控制效果较好，能够满足超空泡航行器航行要求。