摘要：利用潜器航行运动监测系统的运动反馈,提出3种运动跟踪控制因子,以及确定舵等效稳定性系数的方法。以x型舵的操纵特性为研究对象,建立了x舵与十字舵等效舵力分配方法。根据水动力试验数据建立操纵性运动方程,设计了融合主动增稳控制的算法。仿真计算结果满足控制稳定和机动指标的综合要求,可为潜器水动力综合性能多目标优化创造条件。

摘要：针对具有4个独立舵叶的x舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题,提出一种改进二次规划算法,在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算,有效降低了迭代循环计算,同时保留了序列二次规划的计算精度.仿真环境下的x舵AUV运动控制结果表明:改进后的控制分配算法能够减少40%的计算时间,控制分配偏差不大于0.03 N·m,AUV姿态控制效果良好.

摘要：为了发掘x舵潜艇在持续高强度随机干扰环境下稳定操纵的能力,建立了某型x舵潜艇六自由度运动模型,分析了x舵的操纵规律,在x舵模糊控制主体、智能模糊积分环节及控制权限动态分配三个方面对x舵模糊控制系统进行了设计.仿真计算表明:模糊控制系统在潜艇低频和高频随机干扰力和力矩峰值分别为500 k N和400k N·m的作用下,基本能将深度和姿态稳定在期望值,控制效果明显好于比例积分微分(PID)控制器,但在高频干扰下存在小范围抖振现象.采用变论域思想对模糊控制系统进行改进,对深度、纵倾、横倾和航向的误差变化率采用论域在线调节机制,在同样的干扰环境下能够消除深度和姿态的抖振,实现对潜艇复杂条件下航行的精准稳定控制.

摘要：为了发掘x舵潜艇的操纵优势和空间机动能力,建立某型x舵潜艇空间运动模型,构建具备全局指数稳定性的x舵模糊控制系统,重点在x舵模糊控制规则、模糊论域动态调节、模糊积分控制与智能判据等方面进行优化设计.通过潜浮运动仿真比较了变论域模糊控制(VUFC)、常规模糊控制(FC)和比例积分微分控制(PID)的效果,结果表明:VUFC控制变深机动过程用时较其他两种控制方法缩短了一半,且无超调,能更好发挥x舵的变深机动能力;从空间运动控制效果来看,VUFC控制通过论域在线调节来满足潜艇变深和定深的不同控制需求,能充分发挥x舵灵活的操纵特性,适应潜艇的运动特点.采用x舵自航模对VUFC控制系统进行了试验验证,证明了该控制系统有效且不依赖模型参数.

摘要：针对稀疏的试验数据会降低潜水器操纵运动模型辨识精度的问题,提出了一种融合三次样条插值加密和改进加权最小二乘支持向量机(WLSSVM)的潜水器系统辨识方法。基于仿真试验和原理样机湖上试验获得x舵潜水器的操纵数据,应用三次样条插值加密策略对稀释的艏向角数据进行预处理,以降低数据稀疏对辨识结果的影响。设计了双曲正切函数改进型WLSSVM,对潜水器操纵运动响应模型进行高精度参数辨识和操纵运动预报。通过原理样机的湖上试验对该方法的有效性进行验证,与未改进的方法相比,预报值均方根误差最高降低了0.12 rad。

摘要：为了解决x舵潜艇舵卡时挽回控制的问题,应用了某型x舵潜艇六自由度运动模型。分析了x舵潜艇的控制规则、控制权限动态分配机制,解决了当潜艇因舵卡存在力和力矩不平衡时的模糊控制问题,设计了一种适用于x舵潜艇舵卡故障挽回的模糊控制系统。模糊控制器的设计对比了三角和正态两种隶属函数,通过仿真计算,表明三角模糊器的性能更优,控制效果更佳。同时针对x舵潜艇卡单舵、双舵最大舵角时的情况进行了仿真计算,结果表明x舵单、双舵卡下潜满舵时,采用舵卡故障挽回系统能够较好地对深度和纵倾进行挽回,而对于横倾和航向的挽回取舍需要视不同的舵卡数量而定。

摘要：[目的]为了研究潜艇水下掉深时的挽回策略和控制方法,建立某x舵潜艇六自由度运动模型。[方法]首先,分析x舵的控制规律和潜艇的排水能力,采用多目标模糊控制方法,设计掉深挽回控制系统;其次,对潜艇在大深度航行时遭遇的不同程度掉深险情进行挽回操作仿真,并在控制器和挽回策略这2个方面对挽回控制进行改进;最后,对不同航速条件下的挽回能力进行比较。[结果]结果显示,在控制器方面,引入智能模糊积分环节可提高挽回效率;在挽回策略方面,采用纵倾辅助及提高航速的挽回策略可增强挽回能力。[结论]研究表明,x舵模糊控制系统配合提高航速及纵倾辅助的策略具有较好的掉深挽回效果。

摘要：[目的]为解决x舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展x舵潜艇的操舵控制分配器设计。[方法]操舵控制系统采用“主控制器—控制分配器”级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法(WLS)问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。[结果]仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。[结论]所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。

摘要：针对具有4个独立方向舵的x舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对x方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立x方向舵控制分配方法。通过仿真验证控制方法的有效性,与未改进滑模和PID控制方法相比,该方法在航向和俯仰控制更有效,且在路径跟踪过程中,方向舵控制输入平滑,可有效减轻滑模控制的抖振。

摘要：[目的]针对一种新型的x舵自主式水下航行器(xAUV)在航行过程中的横滚问题,开展抗横滚近水面定深定向控制研究与系列操纵性试验。[方法]首先,介绍xAUV的系统结构与模式功能,并建立数学模型;其次,基于前期的水池试验经验,分析xAUV在水面航行时的横滚问题;接着,开展开环差动舵横滚控制试验,并结合试验结果设计基于反馈线性化PD控制的横滚与航向动力学控制器、基于增量反馈控制的深度动力学控制器,以及约束非线性控制分配的近水面抗横滚定深定向运动控制器;最后,通过在水池中进行系列操纵性试验,验证所提方法的有效性以及xAUV的操纵性。[结果]试验结果表明,在艇体模型相同的情况下,常规十字舵的回转直径为所设计x舵的1.2倍;基于所提出控制方法,在保证xAUV深度与航向控制效果的同时,当推进器转速为1 680 r/min时,可将xAUV的横滚角有效抑制在2°之内。[结论]研究表明,x舵可提升自主式水下航行器(AUV)的操纵灵活性且具备独特的横滚控制能力,所设计的抗横滚近水面定深定向控制策略能充分发挥xAUV的操纵性优势,在完成深度与航向控制的同时实现横滚角的有效控制。