第1章 绪论 1
1.1 潜器螺距调节式全方位推进器发展概述 1
1.1.1 潜器螺距调节式全方位推进器国内外研究概况 1
1.1.2 潜器螺距调节式全方位推进器的性能研究 2
1.2 潜器位姿控制研究发展概况 3
1.3 潜器螺距调节式全方位推进器工作原理 7
1.4 潜器螺距调节式全方位推进器控制系统原理 15
1.5 装有螺距调节式全方位推进器的潜器位姿控制系统原理 16
1.6 全书结构内容安排 17
第2章 潜器螺距调节式全方位推进器水动力建模 19
2.1 引言 19
2.2 螺距调节式全方位推进器的水动力计算 20
2.3 潜器螺距调节式全方位推进器校正螺距状态水动力模型建模 21
2.3.1 校正螺距状态水动力数学模型 21
2.3.2 模型参数估计 22
2.3.3 模型显著性检验 27
2.3.4 螺距调节式全方位推进器校正螺距状态的水动力性能仿真 29
2.4 潜器螺距调节式全方位推进器周期螺距状态水动力模型建模 31
2.4.1 周期螺距状态水动力数学模型 31
2.4.2 模型参数估计 31
2.4.3 模型显著性检验 35
2.4.4 螺距调节式全方位推进器周期螺距状态的水动力性能仿真 35
2.5 潜器螺距调节式全方位推进器混合螺距状态水动力模型建模 37
2.5.1 升力、阻力模型系数计算 37
2.5.2 混合周期螺距状态水动力模型建模 39
2.5.3 螺距状态水动力性能仿真 41
2.6 螺距调节式全方位推进器推进效率 42
2.7 小结 42
第3章 潜器螺距调节式全方位推进器控制系统建模 43
3.1 引言 43
3.1.1 空间机构的定义和概念 43
3.1.2 螺距调节机构的设计 46
3.1.3 螺距调节机构的驱动方式 47
3.2 三杆运动斜盘的运动学反解方程 49
3.2.1 坐标系的建立 49
3.2.2 坐标变换矩阵 51
3.2.3 平台位姿反解方程 51
3.3 三杆运动斜盘的运动学正解方程 53
3.3.1 正解方程推导 53
3.3.2 正解、反解方程验证 56
3.4 三杆运动斜盘速度、加速度分析 57
3.4.1 质心与控制点的运动规律 57
3.4.2 运动斜盘质心速度、加速度和角速度、角加速度的计算 57
3.4.3 连接点的速度、加速度计算 58
3.5 运动斜盘动力学分析 59
3.6 斜盘运动与螺距角的关系 62
3.7 四杆运动斜盘的运动学反解方程 64
3.7.1 四杆运动斜盘坐标系建立 64
3.7.2 四杆运动斜盘运动学反解方程 65
3.8 四杆运动斜盘的运动学正解方程 65
3.8.1 四杆运动斜盘运动学正解方程 65
3.8.2 四杆运动斜盘运动学正解方程智能解法 65
3.8.3 实验结果与结论 69
3.9 四杆运动斜盘动力学及奇异位形分析 71
3.9.1 四杆运动斜盘Lagrange动力学模型推导 71
3.9.2 四杆运动斜盘凯恩动力学模型推导 78
3.9.3 四杆运动斜盘奇异位形分析 80
3.10 螺距调节式全方位推进器液压伺服系统数学模型 84
3.10.1 电液伺服阀的数学模型 85
3.10.2 液压缸的数学模型 86
3.10.3 液压缸的参数计算及选择 88
3.10.4 液压伺服系统数学模型 88
3.11 潜器螺距调节式全方位推进器主轴控制系统数学建模 89
3.11.1 永磁同步电机的数学模型 90
3.11.2 主轴控制系统数学模型 93
3.12 小结 94
第4章 螺距调节式全方位推进器螺距调节控制系统 96
4.1 潜器螺距调节式全方位推进器单桨螺距调节控制系统构成原理 96
4.2 螺距调节控制系统液压伺服系统的设计 98
4.2.1 液压控制回路的设计及工作原理 98
4.2.2 能源装置的选择 99
4.2.3 液压系统参数及主要元件的选择 100
4.2.4 运动斜盘控制系统结构 103
4.2.5 静态特性分析 103
4.2.6 动态特性分析 109
4.3 潜器螺距调节式全方位推进器螺距调节伺服控制系统PID控制策略 110
4.4 潜器螺距调节式全方位推进器螺距调节伺服控制系统神经网络控制策略 111
4.5 潜器螺距调节式全方位推进器螺距调节伺服控制系统模糊自适应控制策略 115
4.6 潜器螺距调节式全方位推进器螺距调节伺服控制系统遗传算法控制策略 118
4.7 螺距调节控制系统液压伺服控制系统数字仿真 121
4.7.1 螺距调节液压伺服系控制系统PID控制算法仿真结果 121
4.7.2 螺距调节液压伺服系控制系统神经网络控制算法仿真结果 122
4.7.3 螺距调节液压伺服系控制系统模糊自适应控制算法仿真结果 124
4.7.4 螺距调节液压伺服系控制系统遗传算法控制方法仿真结果 126
4.8 小结 128
第5章 螺距调节式全方位推进器主轴转速控制系统 129
5.1 引言 129
5.2 潜器螺距调节式全方位推进器主轴控制系统构成原理 129
5.3 潜器螺距调节式全方位推进器主轴PI控制策略 130
5.3.1 电流环控制器设计 130
5.3.2 速度环控制器设计 131
5.4 潜器螺距调节式全方位推进器主轴自适应反推控制 134
5.4.1 稳定性理论与自适应反推设计方法 134
5.4.2 主轴控制系统自适应反推控制器设计 140
5.4.3 系统稳定性证明 144
5.5 潜器螺距调节式全方位推进器主轴鲁棒控制 145
5.5.1 永磁同步电机反馈线性化 145
5.5.2 主轴转矩扰动估计 153
5.5.3 螺距调节式全方位推进器主轴控制系统鲁棒性能分析 154
5.5.4 螺距调节式全方位推进器主轴控制系统鲁棒控制器设计 159
5.6 潜器螺距调节式全方位推进器主轴控制系统仿真 162
5.6.1 螺距调节式全方位推进器负载仿真模型 162
5.6.2 螺距调节式全方位推进器主轴PI控制系统仿真及结果分析 163
5.6.3 螺距调节式全方位推进器主轴自适应反推控制系统仿真及结果分析 164
5.6.4 螺距调节式全方位推进器主轴鲁棒控制系统仿真及结果分析 166
5.6.5 螺距调节式全方位推进器主轴控制系统3种仿真结果比较分析 167
5.7 小结 169
第6章 装有螺距调节式全方位推进器的潜器位姿控制系统 170
6.1 引言 170
6.2 装有螺距调节式全方位推进器的潜器位姿控制系统构成原理 171
6.3 潜器运动方程 173
6.3.1 参考坐标系 173
6.3.2 潜器空间运动方程 174
6.3.3 水平面运动方程 177
6.3.4 垂直面运动方程 178
6.3.5 潜器运动状态方程 180
6.4 海流干扰建模 181
6.5 潜器首尾螺距调节式全方位推进器的协调运动控制 183
6.5.1 潜器使用首尾两个螺距调节式全方位推进器的原因 183
6.5.2 首尾螺距调节式全方位推进器协调控制原理 184
6.6 首尾螺距调节式全方位推进器推力分配 186
6.6.1 螺距调节式全方位推进器推力分配单元构成 186
6.6.2 螺距调节式全方位推进器推力分配算法 187
6.6.3 螺距调节式全方位推进器推力分配算法仿真 188
6.7 潜器螺距调节式全方位推进器特征参数的求解算法 188
6.7.1 潜器螺距调节式全方位推进器特征参数求解模型 188
6.7.2 潜器螺距调节式全方位推进器特征参数求解 189
6.7.3 潜器全方位推进特征参数最小二乘支持矢量机算法实现 193
6.8 潜器垂直面运动控制策略 195
6.8.1 潜器垂直面运动方程简化 195
6.8.2 潜器垂直面运动控制策略 197
6.9 潜器水平面运动控制策略 200
6.9.1 潜器水平面运动方程简化 201
6.9.2 潜器水平面运动控制策略 202
6.10 潜器三维空间运动控制策略 208
6.10.1 潜器三维空间运动控制系统构成 208
6.10.2 潜器三维空间运动控制策略 209
6.11 小结 216
第7章 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器位姿控制系统仿真 217
7.1 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器垂直面运动控制系统数字仿真 217
7.1.1 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器垂直面运动控制系统仿真 217
7.1.2 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器垂直面运动控制系统仿真结果分析 219
7.2 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器水平面运动控制系统数字仿真 219
7.2.1 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器水平面运动控制系统仿真 219
7.2.2 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器水平面运动控制系统仿真结果分析 223
7.3 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器空间运动控制系统数字仿真 223
7.3.1 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器空间运动控制系统仿真 223
7.3.2 装有首尾螺距调节式全方位推进器的潜器空间运动控制系统仿真结果分析 232
7.4 小结 232
参考文献 233