安装有斜裙的深潜救生艇自动对接控制方法研究

摘要

本文以深潜救生艇六自由度动力定位功能为基础，主要研究在救生艇上安装斜裙后的自动对接过程控制技术。　　就目前世界各国的深潜救生技术而言，在潜艇失事海域的海况比较恶劣的情况下，尤其是当失事潜艇有较大的倾斜时，成功地实现与失事潜艇的对接从而营救失事艇内人员仍然是非常困难的，主要原因有以下两个方面：　　1失事海域的恶劣海况；2失事潜艇的较大倾斜角度。　　在救生艇上安装动力定位系统，可以克服海流和海水能见度低的影响，哈尔滨工程大学在动力定位方面已经取得了一定的成果。那么如何使救生艇与大倾斜角度的失事艇实现对接就成为亟待解决的问题。　　在救生艇上安装一定角度的斜裙，使艇身和对接裙口之间存在一定的倾斜角，从而在对接过程中减少了救生艇身的倾斜。在扩大救生艇救生范围的同时，安装斜裙也减小了对接过程中姿态控制的难度，为快速、可靠的实现对接奠定了基础。　　本文在可借鉴成果不多的情况下，以救生艇六自由度动力定位功能为技术基础，将最优控制理论和模糊控制理论相结合用于安装有斜裙的救生艇自动对接控制过程中。主要做了以下几方面的工作：　　1针对安装斜裙后救生艇在对接过程中产生的裙口平面与艇身平面运动不一致的问题，设计了运动补偿器。推导出斜裙面坐标系与随艇坐标系的位置信息的转换矩阵.　　2将最优控制理论应用于对接控制。设计基于二次型性能指标的最优控制器，对救生艇的对接过程实施六自由度运动的最优控制。　　3针对最优控制器的性能指标确定问题，应用模糊控制理论，伴随着对接过程的偏差变化，实时的调整性能指标参数。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1引言

1.2深潜救生艇的发展状况

1.3安装有斜裙的救生艇

1.4本文研究的主要内容

第2章深潜救生艇六自由度运动数学建模

2.1引言

2.2六自由度动力定位艇体运动数学模型

2.2.1动力定位运动特点和救生艇的特殊艇形

2.2.2建立坐标系

2.2.3固定坐标系

2.2.4运动坐标系

2.2.5运动坐标系与固定坐标系间的旋转变换

2.2.6定义非正交坐标系

2.2.7救生艇动力学方程

2.2.8救生艇上的水动力模型

2.2.9重力与浮力

2.2.10艇体运动数学模型

2.3执行机构数学模型

2.3.1推进器模型

2.3.2纵横倾调节机构

2.4海流干扰模型

2.5不平衡力模型

2.6推力分配

2.6.1艏向控制与横移控制的推力分配

2.6.2纵向控制与垂向控制的推力分配

2.7本章小结

第3章安装斜裙的救生艇的对接控制策略

3.1引言

3.2水平裙情况下救生艇的控制方案

3.3安装斜裙后产生的问题

3.4安装斜裙的救生艇的控制方案

3.5运动补偿器的设计

3.5.1位置信息的转换

3.5.2姿态信息的转换

3.6本章小结

第4章最优控制器设计

4.1引言

4.2模型的线性化

4.3最优控制器设计

4.3.1最优控制理论

4.3.2基于二次型性能指标的最优控制器设计

4.4基于模糊推理的性能指标的确定

4.4.1模糊逻辑的基本概念

4.4.2模糊控制基础

4.4.3模糊控制器的设计

4.5本章小结

第5章救生艇自动对接过程仿真

5.1引言

5.2海流与失事艇最大倾斜方向一致时对接过程仿真

5.3海流与失事艇最大倾斜方向不一致时对接过程仿真

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢