何昱霖，韩云涛，郭 浩

(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

1 引言

超空泡航行体相较于传统的水下航行体在速度上有着极大的提升，使其具有广阔的应用前景[1]。但是，在运动过程中超空泡航行体将会产生大的非线性滑行力。滑行力产生的原因是高速运动过程中航行体尾部与空泡壁接触，由此为航行体建模和机动控制带来了极大的困难[2]。对超空泡航行体建模的研究，研究人员提出了不同的建模方法[3-5]。其中文献[5]和文献[6]建立了一种以空化器和尾舵作为控制输入的控制模型，被学术界广泛引用[7-9]。

超空泡航行体在纵平面运动的过程中会受到强非线性滑行力和外界干扰的影响，进而会导致航行体不稳定。因此鲁棒稳定性能和干扰抑制性能成为了控制器设计的重点。H∞控制对解决鲁棒稳定性能有良好的作用，H2控制方法对于处理随机噪声、干扰等很有效果。于是结合H∞控制和H2控制的优点，使系统同时具有良好的鲁棒稳定性能和干扰抑制性能的H2/H∞控制方法被越来越多的研究人员关注[10-13]。因此，考虑超空泡航行体纵平面运动时存在的外界干扰为噪声干扰时，提出了一种H2/H∞状态反馈鲁棒控制器。

2 超空泡航行体建模

2.1 航行体数学模型

本文选用文献[5]和文献[6]所提出的控制模型。该模型表示如下

(1)

(2)

(3)

R′=(Rc-R)/R；浸入角α和浸入深度h′分别为

(4)

(5)

其中，空泡收缩率为

(6)

2.2 模型变换

航行体控制模型状态空间表达式可描述为

(7)

通过滑行力机理可知，纵向速度w是唯一对其产生影响的状态变量，为了将系统模型(7)转换成LPV系统