水下航行器轴向运动的自适应积分反演跟踪控制

研究水下航行器轴向运动的非线性跟踪控制问题。针对广泛存在的未知海流、动态模型中的未知参数、以及外部常值扰动等不确定性因素,采用先进的自适应积分反演控制方法,用自适应机制克服未知海流和模型参数的不确定性,并在反馈中加入积分项提高系统对未建模动态特性的鲁棒性,使水下航行器能够全局渐近跟踪参考位置指令。通过不同条件下的仿真研究,分析了自适应机制和积分项在运动控制中的作用,并验证了闭环跟踪系统的全局渐近稳定性。     

高增益自适应跟踪在鱼雷深度控制中的应用

结合两种简单实用的鲁棒控制方法,对鱼雷实施深度控制。首先,在分析模型零动态稳定性的基础上,利用高增益自适应控制对俯仰角指令进行快速跟踪,并且得到姿态控制的近似线性参考模型。为了克服参考模型的不确定性,再使用滑模变结构方法对鱼雷进行定深控制。通过分析滑模控制的稳定性条件,得到了最终的深度控制策略,且仿真结果验证了结论的正确性。     

三速制鱼雷自适应滑模控制研究

针对三速制鱼雷在不同速度下运动特性的变化对控制系统自适应性和鲁棒性的要求,提出一种自适应滑模控制策略。将纵向运动控制分为俯仰角控制和深度控制内外2个回路。深度控制回路采用自适应算法在线估计无法测量的攻角,俯仰角控制回路采用自适应滑模控制。在线估计不确定模型参数,并克服模型中的未建模不确定性,从而保证了三速制鱼雷在速度变化和模型参数不确定条件下的稳定性,消除了由于非零平衡态造成的深度稳态误差。仿真对比研究结果证明了该自适应滑模控制方法的有效性。     

鱼雷纵向运动的非线性自适应滑模控制

将具有理想鲁棒性的滑模控制与自适应控制结合起来,综合两者的优点,设计出鱼雷纵向运动的自适应滑模控制器,同时提出了改进自适应律的二种方法,即在切换函数中引入死区特性,以及在自适应律中加入修正项使得参数估计收敛于合理范围.仿真结果表明,该控制器可以精确快速地跟踪俯仰角指令实现深度控制,并且对参数不确定性和未建模动态都具有良好的鲁棒性.     

基于变结构控制的反鱼雷鱼雷导引律设计

针对传统鱼雷导引律命中精度低、弹道法向过载大的不足,设计了基于变结构控制的反鱼雷鱼雷(ATT)导引律。该导引律以反鱼雷鱼雷和目标鱼雷之间运动关系数学模型为基础,建立了以航向角作为控制量,视线角速度作为滑模面的变结构控制模型,该模型所需参数少,且模型参数能够自适应调整。理论推导和仿真结果表明,该导引律对模型参数及环境干扰具有很强的鲁棒性,弹道稳定平滑,具有非常高的命中精度。     

高性能深度模拟器控制系统研究

分析了深度模拟器的总体结构及被控对象的特性，针对新型系统的高指标及对象的复杂非线性和参数不确定性，设计了一种参数自适应调节的非线性PID控制器，工程实践结果表明，该控制器具有良好的控制效果，新型深度模拟器完全满足鱼雷控制系统仿真的要求，且具有很好的稳定性。     

鱼雷上限控制规律的数学仿真与分析

由于声线弯曲和鱼雷跟踪声线,使鱼雷跟踪目标到较浅深度,因此鱼雷弹道设计通常有上限控制弹道.鱼雷航行中当到达上限深度时,上限控制优先,强行将鱼雷拉到上限以下.本文分析了上限控制的原理和弹道特点,给出了上限控制基本规律,对鱼雷以跟踪目标进入上限、跟踪保持结束进入上限以及在上限上方跟踪保持结束等3种不同控制方式进入上限的深度弹道进行了数学仿真计算.仿真结果表明,在复杂的上限控制逻辑下,上限深度弹道不是一种形式,可能存在不规则的2次或多次再进入上限的弹道形式,或者存在上限附近深度规则振荡的弹道形式,这些规律为实航中出现的一些特殊现象分析提供了理论依据.     

基于RS-Chaos-LSSVM的鱼雷航向控制研究

基于典型的非线性系统的鱼雷航向控制存在不确定性因素,尝试提出基于RS-Chaos-LSSVM的航向控制方案。Chaos在线优化LSSVM模型参数,确保控制的精度。为提高控制的实时快速性,采用RS理论消除冗余信息,用约简后的规则集对Chaos-LSSVM模型进行训练控制,满足较好的快速性;RS-Chaos-LSSVM与RS-LSSVM控制器仿真表明,该方法提高了鱼雷航向控制的实时精确性,且对于海流海浪干扰具有良好的自适应抗干扰能力。     

电动力鱼雷动力电池管外激活发射弹道研究

为探讨电动力鱼雷动力电池采用管外激活发射时,发射参数对弹道的影响,建立了鱼雷纵平面运动模塑,并针对管外激活情形对初始条件进行设定,利用Simulink编程,对横舵管制舵角、动力电池激活时间和鱼雷出管速度取不同值时的弹道进行仿真.结果表明,以上3个参数对鱼雷弹道都有影响,由小深度向大深度发射鱼雷时,横舵管制舵角应设为正值,由大深度向小深度发射鱼雷时,横舵管制舵角应设为负值,并尽量缩短动力电池激活时间,提高鱼雷出管速度,电动力鱼雷管外激活发射可获得较好的弹道.     

基于相遇区域的反鱼雷鱼雷拦截弹道

反鱼雷鱼雷(ATT)拦截弹道是影响其作战使用和拦截概率的重要因素之一。ATT拦截弹道的研究多假设来袭鱼雷的攻击弹道形式和运动参数已知,而实战中有些参数是无法得到的。针对这一情况,本文提出了基于相遇区域的ATT拦截弹道形式,以及一种来袭鱼雷攻击弹道形式未知,利用2个边界条件解算ATT发射角的方法。分析和仿真结果表明,基于相遇区域的ATT拦截弹道及发射角解算方法能更好地适应来袭鱼雷特性未知的情况。     

数据融合技术在鱼雷制导系统中的应用

文中着重于数据融合技术的研究和卡尔曼滤波理论的应用.利用鱼雷纵向和侧向运动方程分别建立其对应的非线性系统的滤波方程和滤波算法,分别估计出相应的鱼雷速度,同时将利用加速度计模型估计出来的鱼雷速度进行多组数据融合,能得到更精确的鱼雷速度.文中提出了一种实时估计鱼雷速度的数据融合技术和算法,通过仿真计算,证明文中提出的方法对于鱼雷速度的估计具有方法简单、估计精度高的特点.     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型。将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献［6］经验公式及文献［17］试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程。利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿真模型,计算并分析多工况下鱼雷近场爆炸对舰船的毁伤模式。研究结果表明：近场不同边界条件对水下爆炸气泡脉动载荷具有重要影响;不同工况下冲击波、气泡脉动及水射流载荷与舰船结构存在复杂的耦合作用;鱼雷在近场不同工况下对舰船的作用展现出了不同的能量输出结构,与舰船最终的毁伤模式密切相关,且存在最优爆距使鱼雷作用于舰船的总能量最大。     

基于变结构控制理论的反鱼雷鱼雷纵向运动控制建模与仿真

研究了变结构控制技术在反鱼雷鱼雷（ATT）纵向运动控制中的应用,建立了鱼雷航行纵向运动数学模型与变结构控制模型。仿真分析可知,该控制系统具有很好的动态特性,对模型参数具有高鲁棒性、系统稳定性及很强的抗干扰能力。研究结果表明,采用变结构控制方法能解决反鱼雷鱼雷纵向运动控制中存在的参数不确定和抗干扰问题。     

一种计算航空反潜鱼雷发现概率的新方法

几种典型航空反潜鱼雷的搜索路径基本上是圆周形,其搜索区域可以看作是一个小圆,当潜艇发现自己被攻击后会进行规避,其规避范围也可以简化为圆形,这样可用圆目标面积覆盖法,建立动态情况下鱼雷对目标的发现概率模型,同时基于蒙特卡洛法,对鱼雷搜索过程作出假设,建立了鱼雷搜索模型,并对发现潜艇这个随机事件做了统计试验,两者所得结果相近。重点分析了由于投雷高度和速度引起的几个投雷散布误差,仿真结果表明,用圆目标面积履盖法求航空反潜鱼雷发现概率是合理的。     

鱼雷小角度入水过程仿真

针对鱼雷小角度入水问题,采用多相流混合模型及动网格方法,分析了鱼雷在小入水角条件下的入水空泡形成过程,以及雷体外形与入水空泡壁的相互作用特点,获得了不同入水角、入水攻角条件下俯仰力矩及力矩作用点位置在入水过程中的变化规律。仿真结果表明,减小入水攻角、延迟动力点火将有助于避免发动机失速、鱼雷跳水等异常现象,采用泵喷射推进器有利于鱼雷入水过程的稳定。     

某空投鱼雷浅水控制方案的半实物仿真

本文介绍在以 VAXlab计算机为主机的小型通用动力学半实物仿真系统上对某空投鱼雷的运动进行的半实物仿真。给出了半实物仿真系统的基本组成和工作原理 ,讨论了空投鱼雷运动的仿真模型。结果表明 ,该仿真系统结构合理 ,精度高 ,可靠性好 ,所采用的浅水控制方案可使空投鱼雷满足近海防御的使用要求 ,达到了预期的目的     

火箭助飞声诱饵对抗鱼雷的舰艇规避优化模型及其生存概率分析

基于非线性规划理论,建立了使用助飞声诱饵对抗声自导鱼雷的舰艇规避机动模型及声诱饵的最优发射参数模型,并使用该模型对舰艇的生存概率进行了仿真计算和分析,最后得出了使用助飞声诱饵的几点结论,可解决水面舰船使用助飞声诱饵对抗声自导鱼雷的问题,对推动装备的作战使用和提高舰艇生存概率具有重要意义。     

反鱼雷鱼雷战斗部触发灵敏度仿真

反鱼雷鱼雷(ATT)战斗部触发灵敏度仿真是ATT利用触发引信引爆战斗部的关键技术.本文以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,建立了来袭鱼雷和ATT有限元模型,并对ATT以不同速度、不同角度撞击来袭鱼雷进行了仿真计算,得到了ATT的触发动态响应特性.该研究可为反鱼雷武器战斗部触发敏感装置的触发灵敏度设计提供参考.     

遗传算法在自航式鱼雷发射管长度优化中的应用

自航式鱼雷发射管长度优化是一个复杂的非线性规划问题,常规优化算法难以找到全局最优解,为此,本文选择遗传算法进行自航管长度优化研究。根据优化问题的数学表达式(5),对不等式约束的处理和遗传算法五要素的确定进行了讨论,并采用内弹道模型(式(13)-式(18))求解鱼雷出管速度,从而使遗传算法得以实现。以鱼雷自航发射为例进行了模拟计算,模拟进化结果(表1)表明,采用遗传算法进行自航管的长度优化是有效的,可为后续相关课题的研究提供借鉴。