本文综述了潜器在近水面航行时运动控制的研究现状。通过搜集和分析国内外的相关文献，主要从航行环境（如波浪、水面等）及操纵控制方式、控制策略等方面对航行体的数学建模与仿真方法进行介绍和评述，最后指出了潜器近水面航行操纵控制的研究方向。
In this paper, the current research status of the motion control of underwater vehicle sailing near water surface is summarized.By collecting and analzing relevant literature at home and abroad, this paper mainly introduces the mathematical modeling and simulation of underwater vehicle from the navigation environment(wave, watersurface, etc), control mode and control strategy.The future trends of the researchon this topicare discussed in the end.
2020,42(8): 7-12 收稿日期：2019-03-05
DOI：10.3404/j.issn.1672-7649.2020.08.002
分类号：U674
作者简介：宋江峰(1994-),男,硕士,助理工程师,研究方向为船舶操纵性
参考文献：
[1] 韦斯林, 计算流体力学原理[M]. 北京: 科学出版社, 2006.
[2] 施生达, 潜艇操纵性[M]. 北京: 国防工业出版社, 1995.
[3] 苏玉民, 庞永杰. 潜艇原理 [M]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社, 2013.
[4] 罗伟林. 基于支持向量机方法的船舶操纵运动建模研究 [D]. 上海：上海交通大学, 2009.
[5] 梅斌, 孙立成, 史国友. 基于模型参考和随机森林算法的船舶操纵运动辨识建模[J]. 大连:大连海事大学学报, 2018, 44(2): 15-21
[6] WANG X, WU M, YING R R. Numerical calculation of hydrodynamic interference coefficients between hull, rudder and propeller[J]. Advanced Materials Research, 2012, 591-593: 1949-1953
[7] 邢磊. 三体船水动力导数及操纵性能预报研究 [D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学, 2012.
[8] 刘祥珺, 孙存楼. 数值水池船模自航试验方法研究[J]. 舰船科学技术, 2011, 33(2): 28-31
[9] 周广礼, 欧勇鹏, 高霄鹏, 等. 潜艇操纵性预报研究现状与前景展望[J]. 中国造船, 2018, 59(03): 203-214
[10] 冯学知, 缪泉明, 蒋强强. 潜体近水面波浪力试验研究[J]. 船舶力学, 1977, 1(2): 24-28
[11] CHEN J M, GUO P Z, JIANG X, et al. Experimental research on calculating wave force through wave pressure measurement[J]. Advanced Materials Research, 2011, 317-319: 2293-2296
[12] 戴余良, 刘祖源, 俞科云. 近水面潜艇波浪力计算研究评述[J]. 舰船科学技术, 2007, 29(2): 41-46
[13] MITTAL N, GARG V K. Computation Slicing: Techniques and Theory[J]. 2001.
[14] 吴小平. 基于切片理论的波浪载荷直接计算[J]. 上海:上海造船, 2010(4): 21-25
[15] 缪国平, 刘应中, 王海平. 细长体上二阶波浪力的切片理论[J]. 自然科学进展, 1996(3): 42-48
[16] 缪国平, 刘应中, 糜振星. 二阶波浪力的切片理论与潜体上的垂向定常力[J]. A辑, 1993(4): 435-447
[17] 韩晓光, 杨艳明, 郭航. 基于切片法的高速船摇荡运动预报研究[J]. 广州:广州航海学院学报, 2009, 17(4): 7-10
[18] 倪绍毓. 用切片法计算波浪漂移力[J]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学学报, 2008
[19] 戴遗山. 舰船在波浪中运动的频域与时域势流理论 [M]. 北京: 国防工业出版社, 1998.
[20] 潘昊然, 胡晓峰. 基于STF切片理论的狭窄航道中船舶纵向运动研究 [J]. 船舶. 2016, 27(3): 21-26.
[21] FRANK W. Oscillation of cylinders in or below the free surface of deep fluids[R]. AD-668338, 1966.
[22] BEDEL J W, LEE C M. Numerical calculation of cylinders oscillating in or below a free surface[R]. AD-722690, 1966.
[23] 冯学知, 蒋强强, 缪泉明, 等. 潜体波浪中近水面不同潜深和航向运动和波浪力计算[J]. 船舶力学, 2002(2): 1-14
[24] 匡晓峰, 汪玉, 缪泉明, 等. 水下航行体波浪力理论预报 [J]. 船舶力学. 2006(1): 28-35.
[25] 李伟坡. 潜艇自航模适航性STF理论预报和试验研究 [D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学. 2014.
[26] 夏奇. 潜艇二阶波浪力数值预报方法研究 [D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学. 2014.
[27] 朱东健, 马宁, 顾解忡. 波浪中船舶操纵性横摇预报及舵效影响分析[J]. 中国造船, 2015(z1): 146-154
[28] HAAS D P C A. Numerical simulation of nonlinear water waves using a panel method; domain decomposition and applications[J]. UniversiteitTwente. 1997.
[29] LEE C H, NEWMAN J N. First and second order wave effects on a submerged spheroid[J]. Pitch, 1991
[30] MUSKER. A J. Prediction of wave forces and moments on a near-surface submarine[J]. International Shipbuilding Progress. 1984.
[31] 王庆云, 庞永杰, 李伟坡. 系列舵翼潜艇水动力系数数值计算及试验研究[J]. 舰船科学技术, 2015, 37(11): 21-26
[32] 胡坤, 王树宗, 郝英泽. 基于PSO优化的潜艇深度非线性PID控制[J]. 控制工程, 2009, 16(6): 752-755
[33] 郝英泽, 胡建军. 潜艇定深运动仿人智能综合自动控制[J]. 船海工程, 2007, 36(2): 97-99
[34] 温秉权, 小型浅水域水下自航行器系统设计与试验研究 [D]. 天津：天津大学, 2005.
[35] JAVANFAR E, TEHRANI N M, VALI A. Adaptive self-tuning PID control of submarine periscope[C]// IEEE, International Conference on Electronics Information and Emergency Communication. IEEE, 2014: 189-192.
[36] LE M D, NGUYEN T H, NGUYEN T T, et al. A new and effective fuzzy PID autopilot for ships[C]// IEEE International Symposium on Computational Intelligence in Tobotices and Automation, 2003. Proceedings. IEEE, 2003: 1411-1415 vol. 3.
[37] 杨永鹏. 潜艇水下悬停运动建模与操纵控制技术研究 [D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学, 2011.
[38] 袁昌斌, 董升亮, 李超. 滑模变结构在AUV航向控制中的应用[J]. 现代电子技术, 2012, 35(20): 117-120
[39] 施小成, 周佳加, 边信黔. 模糊滑膜变结构控制在AUV纵倾控制中的应用[J]. 计算机仿真, 2008, 25(10): 168-171
[40] 张丰. 滑模变结构控制理论在非线性系统中的应用 [D]. 沈阳：沈阳理工大学, 2013.
[41] 李军红. 变结构控制抖振问题的研究及仿真 [D]. 沈阳：沈阳理工大学, 2013.
[42] ERTUGRUL M, KAYNAK O. Neuro sliding mode control of robotic manipulators[J]. Mechatronics, 2000, 10(1-2): 239-263
[43] 盛严, 王超, 陈建斌. 结构变结构控制的指数趋近率改进方法[J]. 西安:西安交通大学学报, 2013, 37(1): 108-110
[44] MORIOKA H, WADA K, SABANOVIC A, et al. Neural network based chattering free sliding mode control[C]// Sice '95. Proceedings of the, Sice Conference. International Session Papers. IEEE, 1995: 1303-1308.
[45] 赵阳, 邢继峰. 潜艇垂直面运动自适应神经网络模糊控制仿真[J]. 计算机仿真, 2009, 26(6): 26-29
[46] DERRADJI D A, MORT N. Neural network controller for a multivariable model of submarine dynamics[J]. Neural Computing & Applications, 1998, 7(4): 295-308
[47] 但杨文, 林莉, 李明. 基于EKF神经网络的潜艇运动模糊控制[J]. 舰船科学技术, 2010, 32(1): 63-66
[48] SHOJAEI K. Neural network formation control of underactuated autonomous underwater vehicles with saturating actuators[J]. Neurocomputing, 2016, 194(5): 372-384
