垂向运动超空泡航行体建模及变结构鲁棒控制研究

基于超空泡减阻技术，系统研究超空泡航行体水下垂向运动过程的非线性动力学建模与变结构控制等问题，以期为超空泡水雷、超空泡导弹等垂向运动超空泡航行体的控制系统设计提供必要的研究基础。研究过程中，拟针对超空泡模型垂向运动过程中空泡数复杂变化等特点建立其物理模型和非线性动力学模型；根据垂向运动过程人工通气要求，设计相应的通气控制系统；研究分析包括通气不确定性等超空泡航行体垂向运动过程中存在的诸多不确定性因素，设计基于变结构理论的航行体姿态机动控制器；进一步地，以控制效果优异为原则，完成垂向运动超空泡航行体结构参数、通气系统等的改进设计。

基于超空泡减阻技术，系统研究了超空泡航行体水下垂向运动过程的非线性动力学建模与变结构控制等问题，为超空泡水雷、超空泡导弹等垂向运动超空泡航行体的控制系统设计提供了一定的研究基础。.首先在文献调研的基础上，建立了垂向运动超空泡航行体的简化物理模型，完成了力学特性分析，得到了作用在航行体上的力、力矩、附加质量等的计算公式，进一步地建立了垂向运动超空泡航行体的非线性动力学模型及简化模型；完成了垂向运动超空泡航行体通气控制系统研究，设计了内置通气控制系统，给出了人工通气模糊控制方案；开展了垂向运动超空泡航行体流体动力特性研究。对重力场对空泡形态的影响进行了对比分析，利用数值模拟的方法得到了垂向运动超空泡航行体的空化特性和流体动力特性规律；进行了垂向运动超空泡航行体动力学模型中的不确定性规律研究，总结了垂向运动超空泡航行体在空化数、空泡形态、受力特性等几个大方面的不确定性规律；最后开展了垂向运动超空泡航行体变结构控制系统研究。考虑超空泡航行体的不确定性，利用变结构控制理论进行了控制器设计，对含有空化数摄动、流体动力系数摄动等的超空泡航行体姿控系统进行仿真研究，并对控制效果进行了分析。.项目得到了如下研究成果：建立了垂向运动超空泡航行体的非线性动力学模型，设计了内置通气系统并完成了通气系统鲁棒控制研究，研究了影响航行体的诸多不确定因素，设计了基于变结构理论的航行体姿态机动控制器，得到了采用极点配置设计的滑模面在趋近过程中有较好的动态性能等主要结论。