[發(fā)明專利]一種超空泡航行體自適應容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010401858.4
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111666628B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 白瑜亮;王小剛;榮思遠;崔乃剛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B63B1/38
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種超空泡航行體自適應容錯控制方法，其特征在于，所述控制方法具有以下步驟：

步驟1：設計超空泡航行體的數(shù)學模型；

步驟2：通過步驟1的數(shù)學模型建立系統(tǒng)不確定性和執(zhí)行機構(gòu)故障的模型；

步驟3：通過步驟2的模型設計自適應控制律；

所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1：建立慣性參考系O_eX_eY_eZ_e，其原點為海平面；建立航行體固定的坐標系O_bx_by_bz_b，航行體坐標系的原點位于空化器的壓力中心，x_b軸指向航行體的對稱軸，y_b軸指向航行體右側(cè)，z_b軸滿足右手定則指向下；

步驟1.2：根據(jù)步驟1.1的坐標系，假設沿x_b軸的速度V恒定，且航行體為剛體，其水下的運動學及動力學方程為，

式中，z是航行體在慣性坐標系中沿Z_e方向的位置，w是y_b軸的角速度，θ是俯仰角，q是俯仰角速度，M是航行體質(zhì)量，x_cg是航行體沿x_b軸的重心位置，I_y是y_b軸的轉(zhuǎn)動慣量，F(xiàn)_z,g,F_z,fin,F_z,cav,F_z,plane為重力、尾舵所受的力、空化器所受的力和滑行力在z_b-軸的分量；M_z,g,M_z,fin,M_z,plane為沿z_b-軸作用的重力矩、尾舵所受的力矩和滑行力矩的分量；

步驟1.3：且步驟1.2中M公式、x_cg公式和I_y公式分別為，

其中，m是密度比ρ_b/ρ，ρ_b是航行體的密度，ρ是流體的密度，L是航行體的長度，R是航行體圓柱段的半徑；

步驟1.4：步驟1.2中的各個力與力矩的具體計算公式為：

F_z,g＝Mgcosθ

M_z,g＝-x_cgMgcosθ (3)

其中，R_n為圓盤空化器的半徑，C_x0為空化器零攻角時的阻力系數(shù)，σ為空化數(shù)，L_cav為空化器中心到航行體質(zhì)心的距離，α_c為空化器攻角為：δ_c是空化器的舵偏角，其定義為沿逆時針方向的舵偏角為正；

步驟1.5：步驟1.2中的超空泡航行體尾部滑行力的模型由下式給出，

式中，空泡的半徑為R_c且為其擴張速率，其中的參數(shù)h，α_plane定義如下：

定義n表示尾翼相對于空化器的有效性；

步驟1.6：所述其中尾翼的有效性表示由于尾翼處攻角的單位變化而引起的尾翼力在體軸上分力的變化，則步驟1.2中的分力和尾翼誘導的俯仰力矩為，

式中，n表示尾翼相對于空化器的控制效率，α_f為尾翼處的攻角：δ_f為尾翼處的舵偏角。