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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