[發(fā)明專利]一種水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910503842.1
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110244562B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 趙新華;王越;杜澤帥;葉秀芬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償方法，屬于船舶工程、控制科學與控制工程技術領域。水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償器系統(tǒng)包括水下高速航行體縱向運動模塊；未考慮飽和的縱向運動反饋線性化控制器模塊；性能指標計算模塊；抗飽和補償模塊；飽和檢測模塊；補償效果仿真存儲模塊；其設計方法為首先根據(jù)牛頓運動學定律和動量矩定理，建立水下高速運動體縱向運動的動力學模型，然后按照反饋線性化控制器的設計步驟設計控制器，最后設計抗飽和補償器。本發(fā)明所設計的補償器可以弱化飽和非線性對系統(tǒng)性能的影響，提高水下高速航行體水下航行的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于船舶工程、控制科學與控制工程技術領域，具體涉及一種水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償方法。

背景技術

系統(tǒng)的執(zhí)行器飽和通常會使系統(tǒng)的輸出誤差變大，跟蹤性能降低，調節(jié)時間變長，甚至導致閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此對于實際的系統(tǒng)應該對執(zhí)行器進行補償，以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于水下高速航行體，在對航行體進行穩(wěn)定航行以及機動航行時也存在執(zhí)行器的飽和問題，當控制系統(tǒng)的控制指令超過執(zhí)行器的開啟范圍時即出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，執(zhí)行器飽和使得系統(tǒng)的實際輸出與期望輸出偏差變大，調節(jié)時間變長，系統(tǒng)并不能達到要求的控制指標。以水下高速航行體為例，該航行體的執(zhí)行機構為空化器或尾舵，無論是空化器還是尾舵其偏轉角度是有限的，那么一方面要求控制系統(tǒng)輸出的指令信號盡量在執(zhí)行器可執(zhí)行的范圍之內(nèi)，另一方面，要求當控制指令的范圍超出執(zhí)行器的可執(zhí)行范圍時，系統(tǒng)有相應的抗飽和補償方法。為了解決執(zhí)行器偏轉角有限的問題，通常采用兩種途徑，一方面是設計合理的控制方法，另一方面就是提出可靠的補償方法。

水下高速航行體由于航行體的大部分被空泡包裹，只有前端的空化器、部分尾部、尾舵與水接觸，因此，在控制系統(tǒng)中通常采用空化器和尾舵作為執(zhí)行機構，控制器發(fā)出的控制指令為空化器偏轉角或尾舵偏轉角。當指令偏轉角的偏轉范圍較小時，執(zhí)行機構能夠完成控制控制指令，當指令偏轉角的范圍較大時，超出執(zhí)行機構的可調范圍時，即執(zhí)行機構達到了可調節(jié)的上限時，就發(fā)生了執(zhí)行器飽和。執(zhí)行器飽和會使系統(tǒng)的性能指標變差，控制精度變低。因此，一般需要設計抗飽和補償器對系統(tǒng)的性能進行補償，以提高水下高速航行體水下航行的穩(wěn)定性。

從控制角度出發(fā)，執(zhí)行器飽和現(xiàn)象實際是一種非線性現(xiàn)象，因此在進行執(zhí)行器飽和補償?shù)倪^程中，首先要基于執(zhí)行器未發(fā)生飽和時設計控制器，之后在該控制器的基礎上，提出抗飽和補償?shù)姆椒?，因此，在抗飽和補償器的設計過程中需要基于控制對象的模型設計補償器，對于水下高速航行體也要在動力學模型的基礎上設計控制器，而后設計抗飽和補償器。當系統(tǒng)不存在執(zhí)行器飽和現(xiàn)象時，采用一般的控制器，當系統(tǒng)出現(xiàn)執(zhí)行器飽和時，啟動抗飽和補償器進行補償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種水下高速航行體執(zhí)行器抗飽和補償方法，包括以下步驟：

步驟一：建立水下高速航行體縱向運動的動力學模型；

其中z為質心的縱向位移；V為質心的橫向速度；w為質心的縱向速度；θ為航行體的俯仰角；q為俯仰角速度；A₀、B₀、C₀、D₀為參數(shù)矩陣，δ_f為尾舵的偏角，δ_c為空化器的偏角，F(xiàn)_plane為非線性滑行力；

步驟二：建立水下高速航行體的逆模型；