深海机器人推进电机混沌现象研究

【摘要】：本文针对深海机器人推进电机系统混沌运行现象的发生、发现、预测、抑制和利用,从非线性混沌角度探讨其内在的原因和运动规律,取得了一些具有独特理论意义和有实用价值的研究成果。内容包括以下几个部分: 第一部分改进最大李雅普诺夫指数法,提出一种新的基于全局变量的混沌预测方法,定义追踪矢量来构造全局算法,用于深海机器人推进电机系统混沌的诊断与预报。全局法克服了单一相空间方法预报不准确、不完整、不全面甚至误预报的弊端,能刻画出推进电机系统经过伪混沌到最终进入真正混沌的全貌,避免遗漏重要信息。引入伪混沌概念,拟解决以往对系统混沌运行状态描述不够准确的问题。 第二部分提供了混沌吸引子精细化观察、分析和应用的新工具。应用小波分析方法、庞加莱映射和功率谱分析技术,分析研究推进电机系统的混沌吸引子特征;揭示了在貌似混乱的吸引子流图内部蕴藏着形态各异的混沌吸引盆,剖析、搜寻和描绘了混沌吸引盆的异宿轨迹;异宿轨迹的预测定位为实现从内部和微观角度进行混沌控制、混沌反控制和混沌同步控制奠定了基础。 第三部分研究了深海机器人推进电机混沌控制技术,采用混沌系统自适应控制方法设计和构造了混沌控制器,使推进电机系统迅速摆脱混沌状态并彻底消除混沌现象,抑制效果显著。混沌自适应控制,具有方法简单、可靠和软硬件实现容易等特点,便于工程应用。 第四部分将混沌预报、混沌控制方法和混沌优化用于工程实际,提出推进电机系统设计的新思路,实现在避免和抑制混沌现象的条件下全局优化的目的。设计和研制了深海机器人推进电机,样机实验表明,完全满足技术要求,避免不稳定振荡和混沌运行现象。 第五部分从多相推进电机系统的动力学模型出发建立状态方程,采用数字仿真方法分析运行特性,其结果得到实验验证。对深海机器人推进电机系统的混沌运行规律进行数字仿真分析,观察到发生混沌运动时吸引子呈现典型的“蝴蝶效应”。 第六部分对磁场波形和转矩脉振进行计算和测试,探讨深海机器人推进电机振荡及不稳定运行的成因,指出进一步从混沌角度研究其性能规律的必要性。