低噪声工况下潜艇自动舵控制策略研究

黄利华，于 俊，王长杰，刘志宏

(1.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064;2.华中科技大学，湖北 武汉 430074)

0 引言

潜艇的操舵系统通常都是按全速航行满舵工况设计的，在潜艇操舵过程中，打舵速度基本都是处于“饱和控制”状态，除打舵到位时，都处于最大打舵速度状态。在该状态下，一方面潜艇具有最大的操纵性能，另一方面操舵产生最大的水动力辐射噪声和冲击振动辐射噪声，其打舵速度和打舵加速度缺乏某种合理有效的规划。低噪声工况下潜艇自动舵控制策略研究即要研究合适的打舵规律，有效规划舵板的打舵速度及舵角，适当降低舵机性能，使得操舵过程中，既能保证满足潜艇的操纵性需要，又能较大地降低操舵辐射噪声。

1 研究背景

潜艇的主要机动任务是垂直面的深度机动和水平面内的航向机动。因此，潜艇操舵控制系统一般涉及深度和航向的控制。

潜艇操纵自动化的广泛研究从20世纪50年代开始，1959年在“乔治·华盛顿”级(SSBN598)核潜艇上装备的“潜艇航向和深度自动保持系统”可以同时或分别自动保持航向和深度，但变深和变向则需人工控制，它是美国潜艇自动控制系统的第一代。1961年，K.J.Kenberg等用经典的比例－积分－微分(PID)控制理论对108级潜艇的自动舵进行了系统研究［1］，包括航向、深度控制、横摇校正、侧洗流补偿、纵倾限制和横倾限制等许多方面，具有重要参考价值。早期的PID控制方法的缺点在于PID控制参数随环境变量变化的整定优化是比较麻烦，随机性较大，不易确定。……