黄 斌 彭利坤 吕帮俊

(海军工程大学动力工程学院 武汉 430033)

0 引 言

潜艇在水下航行时受到多种因素的影响，需要通过不断的操舵来保持潜艇定深航行.当前，对于船舶自动操舵控制的研究很多，大部分集中在对水面船舶航向的控制，而对于潜艇在垂直面的运动控制方面相对较少.其中PID控制[1-2]、鲁棒控制[3]、自适应神经网络控制[4]、模糊控制等控制方法在潜艇垂直面的运动中取得了较好的效果.

常规PID控制以被控参数误差作为输入，通过对误差信号进行比例、积分和微分的处理后，输出控制量对系统进行控制[5-6].但是由于潜艇本身质量较大，操舵对于潜艇的运动的相应有明显的时间滞后性，因此常规的PID控制方法虽然能达到控制潜艇定深定常运动的效果，但是舵机的动舵幅度与频率较大，容易对舵机造成损耗，因此，本文设计一种模糊控制器来对潜艇的垂直面运动进行控制，通过较平缓的操舵曲线来控制潜艇垂直面定深定常运动，具有更加优越的可操作性.

1 潜艇垂直面运动数学模型

当潜艇在垂直面内作弱机动时，运动参数Δu，w，q，δb，δs为小量时，有

(1)

式中:第一式为水平直线运动方程，为水平直线运动的速度u与水平方向阻力X之间的简单函数关系，潜艇垂直面运动主要考虑式(1)中的二、三式.代入线性水动力式，计及剩余静载P，Mp和扶正力矩Mθθ的垂直面操纵运动线性方程为

Z0+Zδbδb+Zδsδs+P

M0+Mδbδb+Mδsδs+XTzT+MP+Mθθ

(2)

式中：m为潜艇质量；u为潜艇水平方向速度分量；w为潜艇垂直方向速度分量；δb和δs分别为首舵和尾舵舵角；……