超空泡航行体的增益自适应变结构控制设计

兵工学报 ›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (3): 303-308.

超空泡航行体的增益自适应变结构控制设计

吕瑞, 于开平, 魏英杰, 曹伟, 张嘉钟, 王京华

（哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨 150001）

收稿日期:2009-03-02 修回日期:2009-03-02 上线日期:2014-05-04
通讯作者: 吕瑞 E-mail:lvrhit@126.com
作者简介:吕瑞（1983—），男，博士生
基金资助:
博士点基金（200802130003）；国家自然科学基金(10802026)

Design of Gain Adaptive Variable-structure Controller for Supercavitating Vehicle

LV Rui, YU Kai-ping, WEI Ying-jie, CAO Wei, ZHANG Jia-zhong, WANG Jing-hua

（School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang, China）

Received:2009-03-02 Revised:2009-03-02 Online:2014-05-04
Contact: LV Rui E-mail:lvrhit@126.com

摘要/Abstract

摘要： 针对超空泡航行体在实际巡航时具有其独特的运动特性，同时存在流体动力系数的摄动及尾针对超空泡航行体在实际巡航时具有其独特的运动特性，同时存在流体动力系数的摄动及尾部流体未知干扰等问题，提出了增益自适应变结构的控制方法。首先改进了目前普遍采用的超空泡航行体的数学模型，借鉴Backstepping思想设计了滑动模态面；采用增益自适应算法对干扰未知上界进行了估计，最后设计了基于变结构理论的控制器，并进行了数学仿真。仿真结果表明：该系统响应快速，具有很好的鲁棒稳定性能。

关键词: 控制理论, 超空泡, 数学模型, 自适应, 变结构控制

Abstract: Regarding to these problems that supercavitating vehicles have different charact

Key words: control theory, supercavitation, mathematical model, adaptive, variable-structu

中图分类号:

TP29

吕瑞, 于开平, 魏英杰, 曹伟, 张嘉钟, 王京华. 超空泡航行体的增益自适应变结构控制设计[J]. 兵工学报, 2010, 31(3): 303-308.

LV Rui, YU Kai-ping, WEI Ying-jie, CAO Wei, ZHANG Jia-zhong, WANG Jing-hua. Design of Gain Adaptive Variable-structure Controller for Supercavitating Vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2010, 31(3): 303-308.

参考文献

［1］曹伟,魏英杰,王聪,等.超空泡技术现状、问题与应用［J］.力学进展,2006,
36(4):571-579.
CAO Wei, WEI Ying-jie, WANG Cong, et al. Current status, problems and applicati
ons of supercavitation technology［J］. Advances in Mechanics, 2006,36(4):57
1-579. （in Chinese）
［2］丛敏,刘乐华.德国BARRACUDA超空泡高速水下导弹的制导与控制［J］. 飞航
导弹,2007，(5): 38-43.
CONG Min, LIU Le-hua. Guidance and control of German BARRACUDA supercavitating
underwater missile［J］. Winged Missiles Journal,2007，(5): 38-43. （in Chinese
）
［3］ Kirschner I N, Uhlman J S. Overview of high-speed supercavit
ating vehicle control［C］∥AIAA Guidance, Navigation, and
Control Conference and Exhibit. Keystone, Colorado: American Institute of Aerona
utics and Astronautics Inc, 2006: 3100-3116.
［4］ Dzielski J, Kurdila A. A benchmark control problem for supercavitatin
g vehicles and an initial investigation of solutions［J］. Journal of Vibration
and Control, 2003,9:791-804.
［5］ LIN Guo-jian, Balachandran, Abed E H. Nonlinear dynamics and bifurca
tions of a supercavitating vehicle［J］. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 20
07,32(4): 753-761.
［6］ LIN Guo-jian, Balachandran, Abed E H. Dynamics and control of superca
vitating vehicles［J］. Journal of Dynamics System, Measurement, and Control, 20
08,130(2):0210031-02100311.
［7］ Logvinovich G V. Hydrodynamics of flows with free boundaries［M］. Ki
ev, Russian: Naukova Dumka Publing House, 1980.
［8］ Vanek B, Balas G. Theoretical aspects of high-speed supercavitation
vehicle control［C］∥American Control Conference. Minneapolis: Institute of Ele
ctrical and Electronics Engineers Inc, 2006:5263-5268.
［9］ Vasin A D, Paryshev E V. Immersion of a cylinder in a fluid through a
cylindrical free surface［J］. Fluid Dynamics, 2001, 36(2): 169-177.
［10］吴卫国,陈辉堂,王月娟. 移动机器人的全局轨迹跟踪控制［J］. 自动化学
报,2001,27(3):326-331.
WU Wei-guo, CHEN Hui-tang, WANG Yue-juan. Global trajectory tracking control
of mobile robots［J］. Acta Automatica,2001,27(3):326-331. （in Chinese）
［11］胡庆雷.挠性航天器姿态机动的主动振动控制［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大
学,2006.
HU Qing-lei. Active vibration control of flexible spacecraft during attitude ma
neuver［D］. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2006. （in Chinese）
［12］贺昱曜,闫茂德.非线性控制理论及应用［M］. 西安：西安电子科技大学出
版社,2007.
HE Yu-yao, YAN Mao-de. Theory and application nonlinear control［M］. Xi'an: X
idian University Press,2007. （in Chinese）

[1]	古鉴霄，党建军，黄闯，李代金，刘富强. 衡重参数对超空泡射弹有效射程的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1376-1386.
[2]	马也，范文慧，常天庆. 基于智能算法的无人集群防御作战方案优化方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1415-1425.
[3]	刘月, 刘铁林, 姜相争, 韩月明. 基于径向基函数和自组织映射的导弹控制系统健康状态评估[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 931-939.
[4]	智洪欣, 赵鹏, 李中, 彭祥新, 鲁旭阳, 王琛. 基于可射击概率约束的防空作战火力优化分配[J]. 兵工学报, 2022, 43(4): 952-959.
[5]	张通彤, 姜湖海, 岳巍, 司晨, 袁满. 基于径向基函数神经网络的光电系统自适应控制[J]. 兵工学报, 2022, 43(3): 556-564.
[6]	马春生, 尹晓秦, 马振东, 米文博. 下肢外骨骼的膝关节轴线自适应设计与尺度综合[J]. 兵工学报, 2022, 43(3): 653-660.
[7]	陈林秀，郝明瑞，赵佳佳. 混合噪声条件下的目标被动定位算法[J]. 兵工学报, 2021, 42(9): 1923-1930.
[8]	李睿，项昌乐，王超，范晶晶，刘春林. 自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1128-1137.
[9]	王慧东，周来宏. 四旋翼无人机反步积分自适应控制器设计[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1283-1289.
[10]	岳彬，马文，呼卫军. 高超声速飞行器的自适应容错控制[J]. 兵工学报, 2021, 42(3): 521-529.
[11]	邱继伟，罗海胜. 结构可靠性分析的自适应共轭非线性近似方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(3): 648-654.
[12]	才华，孙俊，朱瑞昆，朱新丽，赵义武. 基于自适应圆边际的深度人脸识别算法[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2424-2432.
[13]	潘楠，潘地林，蒋雪梅，刘益，钱俊兵，赵成俊. 基于单点激光检测的枪弹弹头快速匹配系统[J]. 兵工学报, 2021, 42(1): 91-99.
[14]	聂守成，钱林方，陈志群，卫俞凯，尹强. 基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1745-1751.
[15]	黄莎玲，朱鸿志，程祥利，谢玉斌. 自适应阈值侵彻引信层目标识别算法[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1762-1771.