[发明专利]一种超空泡航行体H∞

权利要求书

1.一种超空泡航行体H_∞控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立水下超空泡航行体非线性动力学模型，设定模型参数，得到超空泡航行体纵平面运动方程；

步骤2：根据航行体航行状态，计算超空泡航行体尾部浸没深度以及尾部浸没角度，得到超空泡航行体滑行力；

步骤3：根据超空泡航行体的纵平面运动方程，建立相应的线性矩阵不等式；

步骤4：对线性矩阵不等式进行求解，得到系统的状态反馈H_∞控制器；

步骤5：将状态反馈H_∞控制器用于超空泡航行体并对系统进行仿真分析，当控制效果达到要求，则完成控制器设计；否则执行步骤6；

步骤6：调整状态反馈H_∞控制器的加权系数β₁、β₂、β₃、β₄、η₁、η₂，并返回步骤5。

2.根据权利要求1所述的一种超空泡航行体H_∞控制器设计方法，其特征在于：步骤1所述超空泡航行体纵平面运动方程具体为：

其中，V表示航行体前进速度，a₂₂、a₂₄、a₄₂和a₄₄为状态矩阵中的参数，b₂₁、b₂₂、b₄₁和b₄₂为控制矩阵的参数，c₂为重力，d₂和d₄为滑行力与滑行力产生的矩阵的系数，z表示航行体重心的垂直位置，ω表示航行体垂直速度，θ表示航行体俯仰角，q表示航行体俯仰角速率，δ_e表示航行体尾舵偏转角，δ_c表示航行体空化器偏转角，f_p表示航行体滑行力。

3.根据权利要求1或2所述的一种超空泡航行体H_∞控制器设计方法，其特征在于：所述航行体滑行力具体为：

其中h′为航行体尾部浸没深度，α为航行体尾部浸没角度，h′满足：

α满足：

其中R_c表示空泡半径，表示空泡半径变化率，空泡长度L、空化数σ和空化器半径R_n均为常数。

4.根据权利要求3所述的一种超空泡航行体H_∞控制器设计方法，其特征在于：步骤3所述线性矩阵不等式具体为：

X＞0

其中I是单位矩阵，β₁、β₂、β₃、β₄、η₁、η₂为待设计的加权系数。

5.根据权利要求4所述的一种超空泡航行体H_∞控制器设计方法，其特征在于：步骤4所述对线性矩阵不等式进行求解，得到系统的状态反馈H_∞控制器具体为：当且仅当存在一个对称正定矩阵X和矩阵W，使得该矩阵不等式成立，将以上条件转换为线性矩阵不等式求解，求解出一个可行解X^*、W^*，则u＝W^*(X^*)^-1x是系统的H_∞状态反馈控制器。