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新概念潜浮平台的操纵与控制

殷星杰  
【摘要】: 新概念潜浮平台是在继承小水线面双体船的优秀性能的前提下,结合潜艇设计方面的经验而设计出来的一种全新的船型,是既能在水面上高速航行,又能在水下航行的一种新概念潜浮式平台。由于缺乏先验知识,在建造实船之前非常有必要对其操纵性能进行全面的分析,从而验证总体设计的可行性。本文旨在基于船模操纵性试验,建立该平台的操纵性数学模型,并设计合适的控制器,以便对平台的操纵性进行全面的分析。 本文首先在模型操纵性试验和理论分析的基础上建立了静水中的平台操纵运动数学模型,并用SIMULINK建立了图形化的动力学仿真程序。基于该程序对水面和水下各种操纵情况进行了仿真和分析,仿真结果表明该平台具有良好的操纵性能。 为了研究波浪环境中平台的操纵性,本文研究了规则波的干扰力,并将其叠加到静水运动方程中,从而建立了波浪环境中简化的平台操纵运动数学模型。并通过仿真显示了平台在波浪力作用下的运动趋势,从而为研究平台近水面波浪力干扰下的自动舵设计奠定了基础。 接着,本文通过经典PID控制理论设计了水平面运动控制的航向控制系统,并将此控制器置于不同波浪条件干扰下进行仿真,仿真结果基本令人满意。 最后,本文采用经典LQG控制方法设计了多变量垂直面运动控制系统,可以保证平台在下潜和上浮过程中不会产生严重的纵摇。


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