鱼雷自动控制系统

鱼雷是何时发明的原理鱼雷是一种水下自动导航武器，用于攻击水面舰艇和潜艇。

它是通过水下推进装置进行推进，并通过内置的导航系统进行自动导航和目标追踪。

鱼雷的发明可以追溯到19世纪初，其原理和技术逐渐发展和改进，成为现代海战中重要的武器之一。

鱼雷的发明可以追溯到1804年，当时美国人罗伯特·弗尔顿设计了一种称为“鱼雷”的水下爆炸装置，用于攻击英国的舰队。

然而，这种早期的鱼雷并不是真正意义上的自动导航武器，它需要由人工操作进行引爆。

真正的自动导航鱼雷的发明要追溯到19世纪中叶。

1850年代，法国工程师罗贝尔·白朗宁（Robert Whitehead）发明了第一种真正的自动导航鱼雷。

白朗宁的鱼雷采用了蒸汽推进系统和陀螺仪导航系统，能够在水下自主导航和追踪目标。

这种鱼雷的原理是利用蒸汽推进装置产生推力，通过陀螺仪控制航向和深度，从而实现自动导航和目标追踪。

白朗宁的鱼雷在1866年首次投入使用，并在1870年代得到广泛应用。

它的出现引起了各国海军的关注和研究，鱼雷成为了海战中重要的武器之一。

随着技术的进步，鱼雷的性能和功能不断改进，成为了更加强大和可靠的武器系统。

20世纪初，鱼雷的原理和技术得到了进一步的发展和改进。

首先是推进系统的改进，从蒸汽推进转变为电力推进。

电力推进系统使得鱼雷的速度和航程得到了显著提高，增强了其攻击能力。

其次是导航系统的改进，从陀螺仪导航转变为声纳导航。

声纳导航系统能够通过声波探测和追踪目标，提高了鱼雷的精确度和命中率。

在第二次世界大战期间，鱼雷得到了广泛应用，并在海战中发挥了重要作用。

各国海军纷纷研发和使用各种类型的鱼雷，包括鱼雷炸弹、鱼雷鱼、鱼雷导弹等。

鱼雷的原理和技术也得到了进一步的改进，包括推进系统、导航系统、引爆系统等方面的改进。

随着科技的不断进步，鱼雷的原理和技术也在不断发展和改进。

现代鱼雷采用了先进的推进系统、导航系统和引爆系统，具有更高的速度、更远的航程和更强的攻击能力。

西北工业大学本科生培养方案Northwestern Polytechnical UniversityUndergraduate Program专业名称Specialty 中探测制导与控制技术Detection，Guidanceand ControlTechnology英专业代码 082103 Specialty Code学院名称航海学院／School of Marine Technology Section培养方案制定人签字年月日Signature of Program Designer院长签字年月日Signature of Dean校长签字年月日Signature of President西北工业大学Northwestern Polytechnical University10探测制导与控制技术专业本科培养方案Undergraduate Program for Specialty inDetection，Guidance and Control Technology专业介绍Professional introduction西北工业大学探测制导与控制技术专业为工业和信息化部重点专业和陕西省名牌专业，主要培养能够综合运用控制理论和系统仿真技术的能力，掌握水下航行器探测、制导与控制的基础知识和专业知识，能从事水下航行器制导、导航与控制综合系统、水下航行器控制系统设计的高级工程技术人才和研究人员。

毕业生就业方向主要分布在船舶、兵器、航天、航空等系统的研究院（所）及信息产业部门，从事自动控制系统的研究、开发、工程应用、技术管理等方面的工作。

The specialty in Detection, Guidance and Control Technology of NWPU is awarded the Key Specialty of Ministry of Industry and Information Technology and Shanxi Province Outstanding Specialty. The professional training of various civil engineering disciplines to master the basic theory and basic knowledge in automatic control, modern control, detection, guidance, motion control and simulation in areas such as ships, underwater vehicles, aviation, astronautics, weapon and other fields. The undergraduate could enter into the branch of ships, aviation, astronautics, weapon and other national information units, and work in the field of automatic control, computer application and other automatic engineering in national economy departments.一、培养目标I. Educational Objectives本专业培养适应现代化建设需要的德、智、体全面发展，具有基础扎实、知识面宽、能力强、富有创新精神，获得工程师基本训练的高级工程技术人才。

收稿日期：２０２２－１１－２４基金项目：国家自然科学基金（１１５７４１２０）；江苏省产业前瞻与共性关键技术项目（ＢＥ２０１８１０３）引用格式：翁昱，曾庆军，李维，等．鱼雷状小型无人艇路径跟踪控制系统研制［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（１０）：８９－９５．ＷＡＮＧＹ，ＺＥＮＧＱＪ，ＬＩＷ，ｅｔａｌ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰａｔｈＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｍａｌｌＵｎｍａｎｎｅｄＴｏｒｐｅｄｏ ＬｉｋｅＢｏａｔ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（１０）：８９－９５．鱼雷状小型无人艇路径跟踪控制系统研制翁　昱１，曾庆军１，李　维２，李　昂１，戴晓强１（１．江苏科技大学自动化学院，江苏镇江　２１２１００；２．江苏科技大学计算机学院，江苏镇江　２１２１００）摘要：为了提高无人艇在水域作业时的航向跟踪精度，自主设计了一款鱼雷状小型无人艇路径跟踪控制系统。

该系统由岸基控制系统和艇载控制系统组成，具有自主巡航和手动控制２种工作模式。

岸基控制系统通过数传电台与艇载控制系统进行信息交互，显示传回的状态信息并下达控制指令，在自主航行模式下完成ＢＤ０９与ＷＧＳ８４的坐标系转换、期望航向角计算和目标点更新；艇载控制系统采用ＳＴＭ３２Ｆ４２９作为控制芯片，完成数据采集和运动控制，在自主巡航模式下提供位置和航向数据，通过路径跟踪控制器输出的舵机ＰＷＭ信号调整航向。

实验表明设计的路径跟踪控制系统运行稳定，精度较高。

关键词：无人艇；鱼雷状；路径跟踪；控制系统中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）１０－００８９－０７ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０２．２１６ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰａｔｈＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｍａｌｌＵｎｍａｎｎｅｄＴｏｒｐｅｄｏ ＬｉｋｅＢｏａｔＷＥＮＧＹｕ１牞ＺＥＮＧＱｉｎｇｊｕｎ１牞ＬＩＷｅｉ２牞ＬＩＡｎｇ１牞ＤＡＩＸｉａｏｑｉａｎｇ１牗１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ牞ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２１００Ｃｈｉｎａ牷２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ牞ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２１００Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｕｒｓｅｔｒａｃｋｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｂｏａｔｉｎｗａｔｅｒ牞ａｓｍａｌｌｕｎｍａｎｎｅｄｔｏｒ ｐｅｄｏ ｌｉｋｅｂｏａｔｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆａｓｈｏｒｅ ｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄａｎｏｎｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｈａｓｔｗｏｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅｓ牶ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｃｒｕｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅａｎｄｍａｎｕａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ．Ｔｈｅｓｈｏｒｅ ｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｏｎ ｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｔｈｒｏｕｇｈｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｄｉｏ牞ｄｉｓｐｌａｙｓｔｈｅｒｅｔｕｒｎｅｄｓｔａｔｕｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ牞ｇｉｖｅｓｃｏｎｔｒｏｌｉｎ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ牞ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍＢＤ０９ｔｏＷＧＳ８４牞ｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｃｏｕｒｓｅａｎｇｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｏｉｎｔｕｐｄａｔｅｉｎｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎｍｏｄｅ．ＴｈｅｏｎｂｏａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓＳＴＭ３２Ｆ４２９ａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｈｉｐｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ牞ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｈｅａｄ ｉｎｇｄａｔａｉｎｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｎａｖｉｇａｔｉｏｎｍｏｄｅａｎｄａｄｊｕｓｔｓｈｅａｄｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｕｔｐｕｔＰＷＭｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｅｎｇｉｎｅｂｙｔｈｅｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｐａｔｈｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｒｕｎｓｓｔａｂｌｙａｎｄｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｕｎｍａｎｎｅｄｂｏａｔ牷ｔｏｒｐｅｄｏ ｌｉｋｅ牷ｐａｔｈｔｒａｃｉｎｇ牷ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ 无人艇［１］是依靠遥控或自动控制方式在水面航行的无人智能化平台。

本科毕业设计论文题目采用超前/滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业一．题目采用超前/滞后补偿方案某型鱼雷航向控制系统设计二、指导思想和目的要求通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和理论加深理解，掌握控制系统设计的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。

要求在毕业设计中：1．了解鱼雷航向运动的特征及对控制系统的要求，使用MATLAB软件设计采用超前/滞后补偿方案的某型鱼雷航向控制系统；2．开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，使用MATLAB软件进行鱼雷航向控制系统分析；3．设计控制规律，进行参数计算和选择；4．进行数学仿真，验证设计；5．撰写毕业设计论文。

三、主要技术指标1、相稳定裕度Pm≥45°2、超调 ＜25%3、过渡过程时间t≤2ss4、无静差。

四、进度和要求1. 1-3周：收集查阅资料；2. 4-6周：完成总体方案设计和建模；3. 7-8周：完成系统分析和控制规律设计；4. 9-11周：完成仿真验证及修改；5. 12-13周：完成毕业设计论文.五、主要参考书及参考资料[1]徐德民，吴旭光.鱼雷自动控制系统.西北工业大学出版社，2001（10）.[2]徐德民，严卫生.鱼类控制系统计算机辅助分析设计与仿真.西北工业大学出版社，2000（5）.[3]薛定宇.陈阳泉等.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社，2008.[4]王正林，王胜开，陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社，2005(5).[5]石秀华，王晓娟.水中兵器概论(鱼雷分册). 西北工业大学出版社，2005（1）.[6]薛定宇, 陈阳泉. 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用. 清华大学出版社2002（4）.[7]孟庆玉, 张静远, 宋保维. 鱼雷作战效能分析[M]. 北京: 国防工业出版社, 2003.[8] 沈哲. 鱼雷引信与战斗部技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2009.[9]高立娥,康凤举,张金涛,车妍琳.基于Simulink的鱼雷控制系统仿真 [期刊论文] -计算机仿真,2005(02).[10]詹致祥, 陈景熙. 鱼雷航行力学[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 1990.学生指导教师系主任摘要鱼雷是一种能在水中自主推进、自动控制和自行引导的水下航行器，具有速度快、航程远、隐蔽性好、命中率高等特点。

鱼雷是怎样攻向目标的?如果说到“地雷”，大家一定会想起电影“地雷战”中炸得日本鬼子魂飞胆丧的“大圆球”。

如果提起“水雷”，不难想像，一定是水中的“大圆球”。

而说到“鱼雷”，自然便成了可以像鱼一样游动的“大圆球”。

从外形上看，此时的鱼雷已经不是“大圆球”了，它要像鱼一样在水中运动，就需要加上“鱼头”、“鱼尾”、“鱼鳍”等，于似乎，“大圆球”被拉长。

就更像鱼了。

翻开《辞海》，鱼雷的释义是“能自行推进、自行控制方向和深度的水中兵器，似圆椎形，头部装有引信和炸药，中部和尾部装有燃料和动力装置等。

……有的鱼雷还有能自动捕捉目标的自导装置等。

”我国军标对鱼雷的表述是：“鱼雷是一种水中自动推进、引导，用以攻击水面或水下目标的水中兵器。

”以上对鱼雷的释义概括了它的三个基本属性，即：在水中自动推进或自航性，导引性，破坏性。

鱼雷的破坏性不难讲解也不难实现，只要有引信和炸药即可解决。

如何让鱼雷动起来，而且能自动地游向目标，这才是人们最关注的，也是鱼雷技术的关键。

如何让鱼雷动起来?要让鱼雷动起来，关键就是它的动力系统，这也是决定鱼雷速度和航程的重要性能指标。

一般来讲，鱼雷的动力系统主要分为两大类：热动力和电动力。

在鱼雷航速、体积、重量一定的前提下。

航程取决于动力系统的比功率和能源的比能，而这两项指标，热动力都比电动力具有较大的优势。

热动力系统热动力系统一般包括能源(燃料)、发动机和推进器三部分。

发动机的种类繁多，有多缸往复或凸轮活塞发动机、斜盘发动机、涡轮发动机、燃气轮机及固体火箭发动机等。

它们的位置一般设在鱼雷的后段。

热动力系统采用的燃料有普通燃料(气、水、油)、单组元燃料(如奥托燃料)、多组元燃料(如奥托-Ⅱ+过氧化氢+海水三组元燃料)和固体燃料。

应用广泛的奥托-Ⅱ燃料是一种硝酸酯类燃料。

燃料在常温下一般是气态或液态的，只有固体火箭发动机用的火药是固态的。

由于鱼雷在水下航行，不可能像飞机和汽车一样从周围大气中取得氧气，因此它携带的燃料不但有燃烧剂还有氧化剂，空气、过氧化氢和纯氧就成了不可缺少的携带物。

百年鱼雷1866年，英国人罗伯特·怀特黑得制成一种新的水中兵器，由于其外形很像鱼，的别是像那种专爱攻击水下大型动物的电鳗，而电鳗的拉丁名称是“Torpedinidae”，所以人们便将这种新兵器命名为“Torpedo”，鱼雷。

至今已是140多年。

在兵器的发展史中，140年，经历了多少兵器从新生到销往，而鱼雷依然矍铄，其不俗的表现，更不容小视。

虽古老而不可替代，，鱼雷至今仍是反潜的重要武器。

在导弹技术日益精确的今天，甚至有人说，百年鱼雷的技术含量超过导弹。

这种说法是否正确，我们不做评论，但是，这样一种重要的武器，在世界上能够生产它的厂家却是屈指可数，也多少隐射些什么。

这就是鱼雷-百年辉煌，百年荣耀，百年如此！世界鱼雷武器鱼雷问世以来，它的表现有目共睹。

一次世界大战期间，鱼雷击沉运输船1153万吨、占被击沉运输船总吨位的89%；击沉大、中型舰艇162艘，占被击沉舰艇总数的49％。

第二次世界大战，鱼雷击沉运输船1445万吨，占被击沉运输船总吨位的68%；击沉大、中型舰艇369艘，占被击沉舰艇总数的38.5％。

后来的局部海战中，鱼雷也有不错的表现。

1950年7月1日，朝鲜人民军的鱼雷艇夜袭美国“芝加哥”号巡洋舰，命中3枚，使其沉没，美军还有一艘驱逐舰被击伤。

最有戏剧性的是，1982年马岛海战中，载有现代先进鱼雷的英国核潜艇“征服者”号，竟是用二战时服役的直航鱼雷MK8击沉了阿根廷巡洋舰“贝尔格拉诺将军”号。

鱼雷的生命力由此可见一斑。

如今，反舰、反潜导弹快速发展，百年兵器-鱼雷何以能长盛不衰呢？鱼雷航行于水下，特别是可由潜艇从水下发射，隐蔽性远高于导弹。

更重要的是，鱼雷在水下爆炸的威力远大于空气中，因为水的密度比空气大800倍，而压缩性只有空气的1/2500，是爆炸的良好导体。

炸药在水中爆炸瞬间，可形成几万个大气压和几千度的高温瓦斯，并以6000～7000米／秒的速度迅速膨胀，强大的冲击波能轻易击穿舰艇的水下部分。

鱼雷自动控制系统试卷1一、概念题（每小题5分；共30） 1、鱼雷弹道的袋形深度 2、小扰动线性化 3、自由角 4、横舵管制 5、半实物仿真实验 6、捷联式惯导系统二、简答题（每小题6分，共30分）1、对没有横滚控制的鱼雷，试述鱼雷总统设计时重心侧移和重心下移的作用。

2、为了减小回旋横滚，往往将直鳍舵设计成什么样子？解释这种设计对回旋横滚的作用。

3、绘制鱼雷自动控制系统原理框图。

4、铰链力矩指什么？有什么作用？5、简述回旋运动对深度误差的影响。

三、控制系统的状态方程为（20分）⎪⎩⎪⎨⎧=+=•CXY bUAX X 其中，⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=1210061000A ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=001b ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321x x x X []001=C试用极点配置方法，确定反馈增益矩阵[]321k k k K =，使闭环系统的特征值为2*1-=λ，j +-=1*2λ，j --=1*3λ 四、鱼雷横滚控制系统如下图所示：（20分）图中，鱼雷横滚控制系统的开环传递函数为])[()1()(0441212001v A s J s s k v A k s G mx x mx ωδδλ+++= 试用渐近稳定频域判据,求该非线性系统的渐近稳定条件。

答案一、概念题（每小题5分；共30）1、答：指鱼雷发射后的航行过程中跳离水面的现象。

一般是不允许鱼雷跳水的，因为跳水不仅破坏了鱼雷的隐蔽性，而且也会影响某些部件工作可靠性。

2、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。

3、自由角指为了使鱼雷在设定深度上航行，必须保持平衡，可在鱼雷发射之前预先将横舵转动一个角度，这个预先设定的横舵角习惯上称为自由角。

4、管制指在鱼雷初始航行阶段，将横舵锁定在某一范围或一定的角度上。

5、所谓半实物仿真，就是将系统的一部分用实际装置，另一部分用数学模型在计算机省运行，并用适当的实验设备将实际装置于计算机连接起来。

无人水下航行器搭载鱼雷发控的可行性研究李龙飞【摘要】针对无入水下平台实施反潜作业时指控系统的构建以及水下平台携载武器的性能参数等问题,研究了水下平台携载武器的发射初期的弹道与发射参数的关系;具体设计了无入水下平台实施反潜作业的指控系统架构图和发射参数与初始弹道的关系的三自由度仿真;提出了水下武器的发射速度和管制舵角的设置区间.通过仿真实验验证了发射参数与初始弹道的关系,实验结果表明:只有发射速度和管制舵角处于合理的区间内,携载武器才能保持合适的初始航行姿态,使命中目标的概率得到大幅提升.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2016(040)003【总页数】8页(P50-56,64)【关键词】串行数字接口(SDI);反潜战;指挥控制;无入水下航行器;鱼雷【作者】李龙飞【作者单位】昆明船舶设备研究试验中心,昆明 650000【正文语种】中文【中图分类】TN63随着电子通信、自动控制以及水下航行器等相关技术的发展，信息化战争成为了军事发展的共识，能够独立承担作业任务的无人平台开始发挥越来越重要的作用。

无人水下航行器(UUV)就是可以自主执行作业任务的一种无人水下作业单元，它可以在潜艇或者水面舰艇的支援下，到达有人系统平台不易到达的敏感区域或浅海从事军事活动。

目前UUV已经能够收集和传送多种类型数据，广泛应用于搜集情报、监视及侦查等任务，通过改造升级，UUV可以发展成为能够独立执行反潜任务的自主作业平台[1]。

大型UUV可以搭载鱼雷等作业模块执行反潜、时敏打击等作业任务，这将改变以往的采用舰载鱼雷和潜载鱼雷实施反潜作业的格局，实现大型UUV搭载鱼雷实施编队航行与作业的未来海洋战争模式[2]。

1.1 无人水下反潜作业平台指挥控制原理无人水下反潜作业平台(ASW UCUV)是在水下环境中执行侦测、监视、警戒甚至反潜任务的一类自主型无人水下航行器。

该类航行器以水面舰船或者水下潜艇为支援平台，搭载能执行多种任务的载荷。