鱼雷自动控制

一 1、鱼雷自动控制系统的发展过程及趋势

鱼雷控制系统的发展过程：

机械------气动式：惯性深控装置，靠水压板和摆锤的机械运动操纵舵面偏转

电子式鱼雷深度控制系统：电深控装置（自动驾驶仪），通过电信号的处理输出操舵信号 计算机控制系统：计算机采集敏感元件输出的模拟、数字信号，计算后输出操舵信号

趋势在高性能计算机、惯性导航系统、智能自导系统、现代控制理论等技术的支持下，鱼雷自动控制系将向着信息化、综合化、智能化、高精度方向发展。

2、鱼雷控制系统的组成与基本原理

一般的自动控制系统由被控对象、传感器（敏感元件）、控制器、执行机构组成

鱼雷自动控制系统主要由自动控制装置（自动驾驶仪）和被控对象（鱼雷）组成

（放大） （舵机） 运动参数

设定/导引指令------信息处理器-------伺服机构--------舵面----------雷体------。------

。 。

。。。。。。。。敏感元件。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

工作原理：敏感元件测量鱼雷的实际运动参数，并输出相应信号同运动参数的设定值比较，但鱼雷偏离基本的战术基准弹道时，即产生偏差信号，经信息处理器综合放大后，成为符合控制规律的信号，操纵伺服机构（称为舵机），使舵面产生相应偏转。当鱼雷到达战术要求的航行状态时，控制信号为零，舵面回到平衡状态，鱼雷按所要求的弹道航行。

二、1、鱼雷的姿态角（欧拉角）β

αϕψθ侧滑角、流体动力角、攻角倾斜角弹道偏角弹道倾角向、鱼雷重心的瞬时运动方

横滚角偏航角俯仰角32ΦψΘ2.此式说明鱼雷流体动力和力矩由以下几个部分组成

（1）第一项R0(v)和M0(v)表示当w=v 点=w 点=0时，由瞬时速度v 所引起的流体动力和力矩，称为定常平移力或位置力。这一项是流体动力和力矩的主要部分。

（2）第二项是由瞬时角速度w 所引起的附加流体动力和力矩称为定常旋转力或阻尼力这一部分流体动力和力矩是瞬时角速度w 的线性函数。

（3）第三项和第四项是由瞬时加速度v 点和瞬时角加速度w 点所引起的附加流体动力和力矩，称为非定常力或惯性力。这一部分流体动力和力矩分别是瞬时加速度v 点和瞬时角加速度w 点的线性函数。

失衡力矩：鱼雷都采用双桨对转，并且在设计时应尽可能是双桨转矩平衡，使双桨总流体动力矩为零。如果双桨转矩不能完全平衡，其转矩之差即称失衡力矩。

3、鱼雷的运动学方程 1、重心运动学方程2、鱼雷绕重心的运动学方程

鱼雷动力学方程 1、重心运动方程2、旋转运动方程

鱼雷几何方程

为了便于鱼雷运动规律的研究，常将其空间一般运动分解为在垂直平面的纵向运动，在水平方向内的侧向运动，以及鱼雷绕其纵轴的横滚运动。3个舵角分别只控制其中的一种运动。于是，一般运动方程就可分解为相对独立的三组方程。纵向运动方程组（横舵角），水平侧向运动方程组（直舵角），横滚运动方程组（差动舵角）。

小扰动原理--------线性化方法

小扰动线性化方法是控制理论和控制工程中常用的方法，其实质是在小扰动条件下，在“工作点“附近略去高阶小量，将物理过程的非线性关系简化为线性关系。

5.平衡攻角：为了维持这种定常运动，必须是阻力、升力与推力和负浮力相平衡，俯仰力矩与浮力矩和推力矩相平衡，鱼雷做定常水平直航运动时，根据纵平面内各力和力矩平衡状态时，鱼雷所应具有的攻角和横舵角，成为平衡攻角alfa0和平衡舵角deta e0

平衡态由平衡攻角和平衡舵角来描述，与鱼雷的航行速度相关。在鱼类外形确定的情况下，由重心位置和负浮力大小决定。

四、敏感元件在鱼雷上的应用技术

敏感元件是鱼雷控制系统的重要部件之一，其作用就是对鱼雷运动参数进行测量，以实现对鱼类鱼雷运动的高精度控制。

敏感元件工作原理及测量状态

双自由度陀螺-------------陀螺定轴性，测量航向

单自由度陀螺-------------陀螺进动，测量角速率

加速度计---------------惯性原理，测量加速度

惯性系统------------加速度计+单自由度陀螺，测量加速度，速度，位置

压力传感器-----------压力变为位移或阻值，测量深度

二自由度陀螺是指自转轴有两个转动自由度的陀螺仪，但陀螺转子绕自转轴高速旋转时，二自由度陀螺仪便具有了陀螺特性，表现为定轴性和进动性

单自由度陀螺仪是指自转轴只有一个自由度的陀螺仪。单自由度陀螺仪不具有空间定轴性，当其固连于鱼雷而鱼雷以角速度w运动时，带动陀螺转子强迫进动，为维持强迫进动，框架轴向转子受外力矩M作用，有方程M=wH成立

加速度计用于鱼雷可测量鱼雷的运动加速度及鱼雷的水平姿态角theta和fai。因为加速度计不仅感测线加速度a，而且感测重力加速度g，严格的讲加速度计感测a与g之和f，称为比力，即加速度计也成为比力计

惯性导航是一种自主式的导航方法，它完全依靠鱼雷自载设备自主完成导航任务，提供包括位置，航向速度，加速度及姿态角，转动加速率在内的全部导航和制导信息。

深度传感器

惯性导航基本原理是以牛顿力学定律为基础的，在鱼雷内用导航加速度计测量航行器的加速度，通过积分运算得到鱼雷的速度和位置信息。