CN109270837B - 一种水下超高速航行体级联控制方法 - Google Patents

一种水下超高速航行体级联控制方法 Download PDF

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

本发明提供一种水下超高速航行体级联控制方法，通过建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，建立纵向运动误差模型模块，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，建立级联子系统模块，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及系统误差，子系统2采用模糊滑模控制方法消除系统误差，建立控制效果仿真模块，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。本发明步骤完整、易于工程实现，将级联控制方法应用到水下超高速航行体的控制当中，能够简化航行体控制器的设计过程，并且能够为水下超高速航行体的稳定航行提供保障。

Description

一种水下超高速航行体级联控制方法
技术领域
本发明属于水下航行控制领域，具体涉及一种水下超高速航行体级联控制方法。
背景技术
超空化技术是一种奇特的水下航行体减阻技术，能够显著地减少航行体所受的流体阻力。采用超空化技术实现高速航行的水下超高速航行体可以实现超过100m/s的水下高速直航航行。由于空泡的包裹使得航行体的沾湿面积显著减小，只有安装在顶端的空化器、航行体后部的尾翼、尾部露出空泡的沾湿区域，因而相比于常规水下航行体，水下超高速航行体由于流体提供的升力的作用方式及数值大小都有明显改变，其中作用在航行体尾部的非线性流体动力称为滑行力。滑行力是一种水下超高速航行体特有的非线性作用力，该作用力可以导致航行体的尾部震荡，尾拍等不稳定现象，从而使得航行体的稳定航行受到极大的挑战，也使得水下超高速航行体稳定控制器的设计成为航行体稳定航行体的瓶颈问题之一。因此，采用合理的技术方法设计控制器是十分必要的。
级联控制方法，在分析非线性动力学系统的稳定性时，能够按照低阶系统的互联建立系统模型，可分两步进行稳定性分析：第一步是将系统分解成更小的孤立子系统，并分析每个子系统的稳定性，而不考虑他们之间的连接；第二步，合并第一步得到的结果，得出级联系统的稳定性。这种级联控制方法旨在得到某种特殊结构的闭环系统，其主要优点有：一是可以忽略互联的那部分非线性动力学，简化控制器设计；二是得到的控制律的表达式较简单，不需要转换系统，可以在原坐标系下进行所有分析。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种水下超高速航行体级联控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种水下超高速航行体级联控制方法，具体的实现步骤如下：
步骤1.建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，模型具有水下超高速航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，由模型代替实际的航行体；
步骤2.建立水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型，通过模型计算，得到航行体的质心位移z、航行体的纵向俯仰角θ、航行体的垂向速度w、航行体的俯仰角速度q；
步骤3.建立纵向运动误差模型模块，由水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型得到的结果，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，得到航行体的垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ、垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤4.建立级联子系统模块，将水下超高速航行体纵向误差运动模型分解为两个子系统，分别为子系统1和系统2，子系统1为位移量控制，系统2为速度量控制，由水下超高速航行体纵向运动误差模型得到的结果，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ，子系统2采用模糊滑模控制方法消除垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤5.建立控制效果仿真模块，运用数值分析软件Matlab，对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。
步骤2所述的水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型描述为
Figure BDA0001748376390000021
Figure BDA0001748376390000022
Figure BDA0001748376390000023
其中z为航行体的质心位移，θ为航行体的纵向俯仰角，w为航行体的垂向速度，q为航行体俯仰角速度。V为航行体的前向航行速度，通常是常速。A0为第一参数矩阵，B0为第二参数矩阵，C0为第三参数矩阵，D0为第四参数矩阵，δf为尾翼的控制偏转角，δc为空化器的控制偏转角度。Fp表示超空泡航行体的尾部非线性滑行力，
Figure BDA0001748376390000024
步骤3所述的计算超空泡航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，设定参考纵向位移为zr和俯仰角度为θr，当二者为常数时，其相应的导数均为0，即wr＝qr＝0，其误差方程为
Figure BDA0001748376390000025
Figure BDA0001748376390000026
Figure BDA0001748376390000027
其中垂向位移误差为ez、俯仰角度误差为eθ、垂向速度误差为ew、俯仰角速度误差为eq。
步骤4所述的级联子系统模块子系统1和子系统2，子系统1为Σ1，子系统2为Σ2，其中
Σ1:
Figure BDA0001748376390000028
Σ2:
Figure BDA0001748376390000029
在子系统1中，w为干扰量，在子系统2中进行控制。
步骤4所述的消除干扰及误差，子系统1采用滑模控制器控制，设计滑模控制器，航行体的运动参数w在子系统1中视为干扰项，假设w＝0，并设李亚普诺夫函数为
Figure BDA0001748376390000031
对V1求导有
Figure BDA0001748376390000032
子系统1的控制器δc为
Figure BDA0001748376390000033
子系统1渐进稳定；
子系统2采用模糊滑模控制器控制，设计模糊滑模控制器，设
Figure BDA0001748376390000034
令切换函数为s＝Cξ，故
Figure BDA0001748376390000035
Figure BDA0001748376390000036
η为正常数。在滑模面上有CAξ+CBu+CDFp＝0，故等效控制规律为
ueq＝-(CB)-1(CAξ+CDFp)
控制律还包括一个不连续控制项u±＝-ηsgn(s)，最后的控制输入为u＝ueq+u±，为了消除滑模控制引起的抖振，采用模糊控制器fu代替u±，模糊控制器的输入为λ1s和
Figure BDA0001748376390000037
λ1和λ2是量化因子，模糊控制器的输出为
Figure BDA0001748376390000038
步骤5所述的对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，运用数值分析软件Matlab，对采用所设计的控制器的控制系统进行仿真，分别对系统的初始响应、输入阶跃信号的响应、正弦输入信号的响应进行仿真分析，同时将系统存在的未知干扰，包括水压的干扰、白噪声的干扰、系统时间延迟的干扰、响应延迟的干扰以及模型中的不确定性，包括系统模型参数的不确定性、系统响应时间的不确定性加入到控制系统中，验证系统的抗干扰性及鲁棒特性，并对系统存在最大干扰、最小干扰情况下的输出信号响应进行仿真模拟，找到响应的最差条件及最好条件。
本发明的有益效果在于：本发明提出的一种水下超高速航行体控制方法步骤完整、易于工程实现，将级联控制方法应用到水下超高速航行体的控制当中，能够简化航行体控制器的设计过程，并且能够为水下超高速航行体的稳定航行提供保障。
附图说明
图1为水下超高速航行体级联控制系统的组成框图。
图2为水下超高速航行体级联控制方法的工作流程图。
图3为水下超高速航行体级联控制方法原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
一种水下超高速航行体级联控制方法，具体的实现步骤如下：
步骤1.建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，模型具有水下超高速航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，可以代替实际的航行体；
步骤2.建立水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型，通过模型计算，得到航行体的质心位移z、航行体的纵向俯仰角θ、航行体的垂向速度w、航行体的俯仰角速度q；
步骤3.建立纵向运动误差模型模块，由水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型得到的结果，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，得到航行体的垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ、垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤4.建立级联子系统模块，将水下超高速航行体纵向误差运动模型分解为两个子系统，分别为子系统1和系统2，子系统1为位移量控制，系统2为速度量控制，由水下超高速航行体纵向运动误差模型得到的结果，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ，子系统2采用模糊滑模控制方法消除垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤5.建立控制效果仿真模块，运用数值分析软件Matlab，对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。
步骤2所述的水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型可以描述为
Figure BDA0001748376390000041
Figure BDA0001748376390000042
Figure BDA0001748376390000043
其中z为航行体的质心位移，θ为航行体的纵向俯仰角，w为航行体的垂向速度，q为航行体俯仰角速度。V为航行体的前向航行速度，通常是常速。A0为第一参数矩阵，B0为第二参数矩阵，C0为第三参数矩阵，D0为第四参数矩阵，δf为尾翼的控制偏转角，δc为空化器的控制偏转角度。Fp表示超空泡航行体的尾部非线性滑行力，
Figure BDA0001748376390000051
步骤3所述的计算超空泡航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，设定参考纵向位移为zr和俯仰角度为θr，当二者为常数时，其相应的导数均为0，即wr＝qr＝0，其误差方程为
Figure BDA0001748376390000052
Figure BDA0001748376390000053
Figure BDA0001748376390000054
其中垂向位移误差为ez、俯仰角度误差为eθ、垂向速度误差为ew、俯仰角速度误差为eq。
步骤4所述的级联子系统模块子系统1和子系统2，子系统1为Σ1，子系统2为Σ2，其中
Σ1:
Figure BDA0001748376390000055
Σ2:
Figure BDA0001748376390000056
在子系统1中，w为干扰量，在子系统2中进行控制。
步骤4所述的消除干扰及误差，子系统1采用滑模控制器控制，设计滑模控制器，航行体的运动参数w在子系统1中视为干扰项，假设w＝0，并设李亚普诺夫函数为
Figure BDA0001748376390000057
对V1求导有
Figure BDA0001748376390000058
子系统1的控制器δc为
Figure BDA0001748376390000059
子系统1渐进稳定；
子系统2采用模糊滑模控制器控制，设计模糊滑模控制器，设
Figure BDA00017483763900000510
令切换函数为s＝Cξ，故
Figure BDA00017483763900000511
Figure BDA00017483763900000512
η为正常数。在滑模面上有CAξ+CBu+CDFp＝0，故等效控制规律为
ueq＝-(CB)-1(CAξ+CDFp)
控制律还包括一个不连续控制项u±＝-ηsgn(s)，最后的控制输入为u＝ueq+u±，为了消除滑模控制引起的抖振，采用模糊控制器fu代替u±，模糊控制器的输入为λ1s和
Figure BDA0001748376390000061
λ1和λ2是量化因子，模糊控制器的输出为
Figure BDA0001748376390000062
步骤5所述的对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，运用数值分析软件Matlab，对采用所设计的控制器的控制系统进行仿真，分别对系统的初始响应、输入阶跃信号的响应、正弦输入信号的响应进行仿真分析，同时将系统存在的未知干扰，包括水压的干扰、白噪声的干扰、系统时间延迟的干扰、响应延迟的干扰以及模型中的不确定性，包括系统模型参数的不确定性、系统响应时间的不确定性加入到控制系统中，验证系统的抗干扰性及鲁棒特性，并对系统存在最大干扰、最小干扰情况下的输出信号响应进行仿真模拟，找到响应的最差条件及最好条件。
实施例2
本发明涉及一种水下超高速航行体控制方法，尤其涉及一种级联控制方法。
超空化技术是一种奇特的水下航行体减阻技术，能够显著地减少航行体所受的流体阻力。采用超空化技术实现高速航行的水下超高速航行体可以实现超过100m/s的水下高速直航航行。由于空泡的包裹使得航行体的沾湿面积显著减小，只有安装在顶端的空化器、航行体后部的尾翼、尾部露出空泡的沾湿区域，因而相比于常规水下航行体，水下超高速航行体由于流体提供的升力的作用方式及数值大小都有明显改变，其中作用在航行体尾部的非线性流体动力称为滑行力。滑行力是一种水下超高速航行体特有的非线性作用力，该作用力可以导致航行体的尾部震荡，尾拍等不稳定现象，从而使得航行体的稳定航行受到极大的挑战，也使得水下超高速航行体稳定控制器的设计成为航行体稳定航行体的瓶颈问题之一。因此，采用合理的技术方法设计控制器是十分必要的。
级联控制方法，在分析非线性动力学系统的稳定性时，能够按照低阶系统的互联建立系统模型，可分两步进行稳定性分析：
第一步是将系统分解成更小的孤立子系统，并分析每个子系统的稳定性，而不考虑他们之间的连接；
第二步，合并第一步得到的结果，得出级联系统的稳定性。
这种级联控制方法旨在得到某种特殊结构的闭环系统，其主要优点有：1)可以忽略互联的那部分非线性动力学，简化控制器设计；2)得到的控制律的表达式较简单，不需要转换系统，可以在原坐标系下进行所有分析。将级联控制方法应用到水下超高速航行体的控制当中，能够简化航行体控制器的设计过程，并且能够为水下超高速航行体的稳定航行提供保障。
本发明的目的是为了提供一种能够保障超空泡航行体稳定航行的控制器方法，运用级联方法进行控制，实现航行体的闭环稳定航行。其设计主要是包括超空泡航行体纵向运动非线性系统的数学描述,纵向运动误差模型的建立及分解,两个子系统稳定控制方法。
一、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于系统包括以下几个模块：超空泡航行体运动模型模块；纵向运动误差模型模块；级联子系统模块；级联控制器模块；控制效果仿真模块。所述的超空泡航行体运动模型模块具有超空泡航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，可以代替实际的航行体；所述的纵向运动误差模型模块根据期望的航行体姿态与航行体实际的航行姿态进行运算，计算出纵向运动的误差模型；所述的级联子系统模块，跟据超空泡航行体纵向误差运动模型的特点对纵向运动进行分解，子系统1为位移量控制，子系统2为速度量控制；所述的级联控制器模块对子系统1采用滑模控制器控制，对子系统2采用模糊滑模控制器控制；所述的控制效果仿真模块，完成超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果分析。超空泡航行体运动模型模块，纵向运动误差模型模块，级联子系统模块，级联控制器模块和控制效果仿真模块依次串行连接。纵向运动误差模型模块的输入为超空泡航行体运动模型模块的输出，输出为级联子系统模块的输入，级联子系统模块的输出作为级联控制器模块的输入，控制效果仿真模块的输入为级联控制器模块的输出。
二、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于超空泡航行体纵向运动的非线性数学模型描述，具体包括以下内容：
水下超高速航行体的纵向运动非线性动力学模型可以描述为
Figure BDA0001748376390000071
Figure BDA0001748376390000072
Figure BDA0001748376390000073
其中z为航行体的质心位移，θ为航行体的纵向俯仰角，w为航行体的垂向速度，q为航行体俯仰角速度。V为航行体的前向航行速度，通常是常速。A0,B0,C0,D0为参数矩阵，Fp表示超空泡航行体的尾部非线性滑行力。δf,δc分别为尾翼的控制偏转角和空化器的控制偏转角度。对于超空泡航行体，尾部滑行力是一种特殊的非线性流体作用力，滑行力的数值与航行体尾部的浸没深度，尾部的浸没角度以及航行体的结构参数有关，其中
Figure BDA0001748376390000074
三、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于：纵向运动误差模型模块，计算超空泡航行体实际运动与设定运动轨迹的偏差。在超空泡航行体的实际稳定控制过程中，需要控制的目标是航行体的位移即航行深度和俯仰角度，因此，首先设定参考纵向位移和俯仰角度信号为zr和θr,当二者为常数时，其相应的导数均为0，因此wr＝qr＝0，其误差方程为
Figure BDA0001748376390000081
Figure BDA0001748376390000082
Figure BDA0001748376390000083
其中ez,eθ,ew,eq为垂向位移误差、俯仰角度误差、垂向速度误差、俯仰角速度误差。以上为纵向运动的误差模型。
四、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于：级联子系统模块将超空泡航行体纵向误差运动模型分解为两个子系统，分别为子系统1：Σ1，和子系统2:Σ2，其中
Σ1:
Figure BDA0001748376390000084
Σ2:
Figure BDA0001748376390000085
在子系统1中，可以将w看作干扰，在子系统2中进行控制。在子系统2中，状态变量只有w和q，不包括z和θ，因此可以将子系统1中的w看作子系统1的干扰，那么子系统1的控制目标就是消除干扰及系统误差等于零。子系统2的控制目标为系统误差为零。对于子系统1采用标准滑模控制，对于子系统2，由于滑行力的存在，采用模糊滑模控制方法。
五、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于：所述的级联控制器模块分别对子系统1采用滑模控制器控制，对子系统2采用模糊滑模控制器控制。
先对子系统1设计滑模控制器，由于航行体的运动参数w在子系统1中被看成干扰，因此假设w＝0，并设李亚普诺夫函数为
Figure BDA0001748376390000086
对V1求导有
Figure BDA0001748376390000087
子系统1的控制器δc为
Figure BDA0001748376390000088
时，子系统1渐进稳定。
对于子系统2由于滑行力的存在，设计模糊滑模控制器。设
Figure BDA0001748376390000089
令切换函数为s＝Cξ，故
Figure BDA00017483763900000810
Figure BDA0001748376390000091
η为正常数。在滑模面上有CAξ+CBu+CDFp＝0，故等效控制规律为ueq＝-(CB)-1(CAξ+CDFp)。控制律还包括一个不连续控制项，u±＝-ηsgn(s)，最后的控制输入为u＝ueq+u±,为了消除滑模控制引起的抖振，采用模糊控制器fu代替u±，模糊控制器的输入为λ1s和
Figure BDA0001748376390000092
λ1和λ2是量化因子，模糊控制器的输出为
Figure BDA0001748376390000093
六、水下超高速航行体级联控制方法，其特征在于所述的控制效果仿真模块，完成超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析。运用数值分析软件Matlab，对采用所设计的控制器的控制系统进行仿真，分别对系统的初始响应、输入阶跃信号的响应、正弦输入信号的响应进行仿真分析。根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果。同时对于系统存在的未知干扰，水压的干扰、白噪声的干扰、系统时间延迟的干扰、响应延迟的干扰以及模型中的不确定性，包括系统模型参数的不确定性、系统响应时间的不确定性等，将这些不确定性及干扰加入系统当中，验证系统的抗干扰性及鲁棒特性并且对系统存在最大干扰、最小干扰情况下的输出信号响应进行了多次仿真模拟，找到响应的最差条件及最好条件。为实际的控制器使用提供理论参考及依据。
本发明提出的一种水下超高速航行体控制方法步骤完整、易于工程实现。
本发明的组成框图如图1所示，由超空泡航行体运动模型模块、纵向运动误差模型模块、级联子系统模块、级联控制器模块和控制效果仿真模块组成。上述模块利用编程软件Matlab由计算机编程来完成，通过计算机编程对控制效果进行论证。一种水下超高速航行体级联控制方法的流程图如图2所示，通过程序流程及循环设定能够优化控制器的设计参数，获得最佳的控制效果。超空泡航行体级联控制器原理框图如图3所示，级联子系统由两个系统组成分别是子系统1和子系统2，子系统1由空化器偏转角控制，控制的参量是航行体的航行深度和航行体的俯仰角度；子系统2由尾舵的偏转角控制，调整的参量是航行体的纵向速度和俯仰角速度。当子系统1与子系统2同时稳定时，整个系统渐近稳定。级联控制器通过分析被控系统的特点将控制量进行分类，之后分别进行控制，使得控制系统的设计过程简单，并且易于工程实现。

Claims (4)

1.一种水下超高速航行体控制方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：
步骤1.建立水下超高速超空泡航行体运动模型模块，设定模型参数，模型具有水下超高速航行体纵向运动的特征，仿真及控制过程中，由模型代替实际的航行体；
步骤2.建立水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型，通过模型计算，得到航行体的质心位移z、航行体的纵向俯仰角θ、航行体的垂向速度w、航行体的俯仰角速度q；
步骤3.建立纵向运动误差模型模块，由水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型得到的结果，计算水下超高速航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，得到航行体的垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ、垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤4.建立级联子系统模块，将水下超高速航行体纵向误差运动模型分解为两个子系统，分别为子系统1和系统2，子系统1为位移量控制，系统2为速度量控制，由水下超高速航行体纵向运动误差模型得到的结果，子系统1采用标准滑模控制法消除干扰及垂向位移误差ez、俯仰角度误差eθ，子系统2采用模糊滑模控制方法消除垂向速度误差ew、俯仰角速度误差eq；
步骤5.建立控制效果仿真模块，运用数值分析软件Matlab，对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，根据实时仿真结果调整控制器的参数，以使得系统取得最佳的控制效果；
步骤2所述的水下超高速航行体纵向运动的非线性动力学模型描述为
Figure FDA0003173358710000011
Figure FDA0003173358710000012
Figure FDA0003173358710000013
其中z为航行体的质心位移，θ为航行体的纵向俯仰角，w为航行体的垂向速度，q为航行体俯仰角速度；V为航行体的前向航行速度；A0为第一参数矩阵，B0为第二参数矩阵，C0为第三参数矩阵，D0为第四参数矩阵，δf为尾翼的控制偏转角，δc为空化器的控制偏转角度；Fp表示超空泡航行体的尾部非线性滑行力，
Figure FDA0003173358710000014
步骤4所述的消除干扰及误差，子系统1采用滑模控制器控制，设计滑模控制器，航行体的运动参数w在子系统1中视为干扰项，假设w＝0，并设李亚普诺夫函数为
Figure FDA0003173358710000015
对V1求导有
Figure FDA0003173358710000021
子系统1的控制器δc为
Figure FDA0003173358710000022
子系统1渐进稳定；
子系统2采用模糊滑模控制器控制，设计模糊滑模控制器，设
Figure FDA0003173358710000023
令切换函数为s＝Cξ，故
Figure FDA0003173358710000024
Figure FDA0003173358710000025
η为正常数；在滑模面上有CAξ+CBu+CDFp＝0，故等效控制规律为
ueq＝-(CB)-1(CAξ+CDFp)
控制律还包括一个不连续控制项u±＝-ηsgn(s)，最后的控制输入为u＝ueq+u±，为了消除滑模控制引起的抖振，采用模糊控制器fu代替u±，模糊控制器的输入为λ1s和
Figure FDA0003173358710000026
λ1和λ2是量化因子，模糊控制器的输出为
Figure FDA0003173358710000027
2.根据权利要求1所述的一种水下超高速航行体控制方法，其特征在于：步骤3所述的计算超空泡航行体实际运动与设定运动轨迹的误差，设定参考纵向位移为zr和俯仰角度为θr，当二者为常数时，其相应的导数均为0，即wr＝qr＝0，其误差方程为
Figure FDA0003173358710000028
Figure FDA0003173358710000029
Figure FDA00031733587100000210
其中垂向位移误差为ez、俯仰角度误差为eθ、垂向速度误差为ew、俯仰角速度误差为eq。
3.根据权利要求1所述的一种水下超高速航行体控制方法，其特征在于：步骤4所述的级联子系统模块子系统1和子系统2，子系统1为∑1，子系统2为∑2，其中
Figure FDA00031733587100000211
Figure FDA00031733587100000212
在子系统1中，w为干扰量，在子系统2中进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种水下超高速航行体控制方法，其特征在于：步骤5所述的对超空泡航行体纵向运动级联控制系统的控制效果仿真分析，运用数值分析软件Matlab，对采用所设计的控制器的控制系统进行仿真，分别对系统的初始响应、输入阶跃信号的响应、正弦输入信号的响应进行仿真分析，同时将系统存在的未知干扰，包括水压的干扰、白噪声的干扰、系统时间延迟的干扰、响应延迟的干扰以及模型中的不确定性，包括系统模型参数的不确定性、系统响应时间的不确定性加入到控制系统中，验证系统的抗干扰性及鲁棒特性，并对系统存在最大干扰、最小干扰情况下的输出信号响应进行仿真模拟，找到响应的最差条件及最好条件。
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