西北工业大学明德学院本科毕业设计论文
1993年仍未批量生产。该雷是一型适合于深水和浅水海域作战使用的新一代智能鱼雷之一。MK54鱼雷是一型MK46,MK50和MK48鱼雷的混装雷,研制周期从1995年至2002年。该雷的速度另有一说是43kn,36kn,28kn,而且该雷的最大航程和最大航深至今未见报道。
2.2 鱼雷自动控制系统的基本原理与组成
鱼雷自动控制系统也像其他自动控制系统一样由自动控制装置和被控对象组成。自动控制装置和鱼雷按照闭环负反馈原理组成鱼雷自动控制系统。如图1-1所示。其工作原理是：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进行比较，当鱼雷偏离规定的战术基准弹道时，即产生偏差信号，经信息处理装置综合放大后，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。由于整个系统是按负反馈原理连接的，其结果使鱼雷运动趋向按战术基准弹道航行。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。
图 2-1 鱼雷自动控制系统原理框图
由此可见，鱼雷自动控制系统主要由控制部分——控制装置（自动驾驶仪）和被控对象——鱼雷组成。控制装置的主要功能是接受设定或指令信号，以及鱼雷输出的反馈信号，并按照最佳控制规律对鱼雷发出相应的控制信号，使鱼雷在控制信号作用下，实现受控运动，采用什么类型的控制装置取决于所要控制的鱼雷类型和战术技术要求，从直航鱼雷到制导鱼雷，智能化鱼雷，它们的自动控制系统的复杂程度是大不相同的，但其控制装置都是由以下四个基本部分组成： 1. 设定和/或指令装置
它发出控制目的要求的主令信号，用以确定鱼雷运动参数的“目标值”。主令信号可以在发射前设定，也可以由自导装置或线导装置在鱼雷航行过程中给出，其物理特征可以是电量，非电量，模拟量，数字量等各种形式。
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2. 敏感元件
它主要由鱼雷运动参数的测量元件组成。如速率陀螺，加速度计，方向陀螺，垂直陀螺以及压力传感器等，用以测量鱼雷运动参数的“瞬时实际值”，并将运动参数转换为便于传递，便于同设定信号，指令信号进行比较的物理量。例如在机械式定深器中用摆锤测量纵倾角，并转换成位移信号；在电子模拟式深控装置中，用压力传感器测量鱼雷航行深度，并转换成电压信号等等。一般来说，鱼雷控制装置所用的敏感元件是非电量的电测元件。 3. 信号处理器
用以对设定信号和/或导引装置输出的指令信号，以及敏感元件输出的测量信号按控制算法进行综合处理，使其成为符合控制规律要求的指令信号。因此，信号处理器一般又称控制器。现代鱼雷所用的信息处理器可以是模拟电路和/或数字电路（例如：加法器、比例器、微分器、积分器、限幅器、滤波器），也可以是微型计算机。 4. 伺服机构
将信息处理器输出的控制信号进行功率放大，并推动舵面偏转控制鱼雷按战术要求的弹道运动，伺服机构也称舵机。
如上所述，鱼雷自动控制系统由鱼雷和控制装置（自动驾驶仪）两大部分组成。系统的工作原理以及稳态和动态特性，与鱼雷和装置都有密切的关系。关于鱼雷的稳态和动态特性，是鱼雷航行动力学的研究任务。
2.3 鱼雷自动控制系统的战术技术要求
2.3.1 自动控制系统的一般性能指标
在自动控制系统中，常用的一般性能指标有以下几种： 1．稳定性
系统的稳定性反映在系统t??时的渐进性和有限时间内的收敛性。系统要能正常工作，其瞬间响应（过渡过程）必须是稳定的。一个系统如果不稳定，它的行为不受约束、受控量变化不定，使运动发散，就不能保持系统按预定的状态运动，那么这种系统是不能完成任务的。 2．稳态精度
稳态精度反映了控制系统的准确性，一般用稳态误差了来表示。设系统输出稳态响应的期望值为cd?tf?，而实际值c?tf?，则系统稳态误差定义为：
ess?Cd(tf)?C(tf) （2.1）
式中tf可根据具体问题的需要进行选择，一般理论上取tf??。对高精度控制系统，如雨露控制系统，各种飞行器控制系统，随动系统等，都要求有较高的稳态精
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度。稳态精度不仅取决于测量元件（敏感元件）本身的测量精度，而且还取决于输入信号的形式以及控制系统的结构类型和参数选择。 3．调整时间
调整时间（过渡过程时间）是一个典型的动态性能指标，它反映了系统响应过程的快速性，一般用响应到达并保持在稳态值的?2%或?5%误差范围所需的最小时间来表示。它取决于正确地选择控制规律，即控制ui(t),i?1,2,...的变换规律。 4．超调量
超调量也是系统的主要动态性能指标，表示系统响应过程的平稳性。它的大小在一定程度上反映了系统振荡的趋势。设受控量的状态坐标为x(t)，其稳态值为
?f，则超调量可以定义为：
??
maxx(t)?xft?tfxf% （2.2）
式中?f可根据具体问题的需要进行选择。 5. 积分泛函指标
一般的动态性能指标可用某一积分泛函来表示。设系统状态的坐标为
?1,?2?,?n,,控制量为u1,u2,?um，一般的积分泛函指标可定义为：
tfJ??f0(x1，x2，?，xn；u1，u2，?，um;t）dt （2.3）
t0
式中t0为系统的初始运动时刻，tf为受控量达到某一最终状态的时刻，函数f0为某一给定的（n+m+1）元函数，它的具体形式由工程时间问题的要求来确定。例如，对于线性系统来说，f0常采用正定二次型形式，即所谓二次型性能指标，其一般形式为：
mtf?n?J????aijxixj??bpqupuq?dt （2.4）
t0?i,jp,q?
式中aij和bpq可能是已知的时间t的函数，也可以是常数。 2.3.2 鱼雷自动控制系统的主要战术技术指标
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鱼雷自动控制系统，除满足上述的一般性能指标外，还有根据战术使用的目的和要求，规定其具体的主要战术技术指标。这些指标一般不是用解析形式，而是用统计数据给出的。
1. 航向设定及航向准确性与机动性
为了便于发射，掌握战机，鱼雷上的方向仪应有定角装置，可在一定范围内设定初始转角，以保证目标处于任何角度方位上都可以进行射击。
为了保证所需的命中率，必须要求鱼雷航行有一定的准确性，航向准确性以航向偏差来衡量。航向偏差用鱼雷航行过程中其重心相对目标点的侧向偏移与航程的比值的百分数来表示。直航鱼雷所容许的航向偏差不大于1%，自导鱼雷直航段的航向容许偏差应考虑在单发精确射击及其他误差确定的条件下，航向容许误差不应使自导鱼雷的命中概率有显著降低，应通过充分论证以确定其数值，一般不大于2.5%。线导鱼雷一般给出航向陀螺的精度，要求其值不大于6°/h。
鱼雷航向的准确性，取决于其流体动力特性、结构总体特性、鱼雷的横滚以及航向控制装置的性能。鱼雷航向的机动性一般用旋回角速度和最小旋回半径来衡量。
2．深度设定及航行深度的准确性与机动性
鱼雷的航向深度应根据鱼雷的使命任务、运载体、制导方法、打击对象、印信种类、作战海区等，经综合论证，由研制任务书规定，并根据战斗环境和目标情况可在发射前自由设定。反舰鱼雷应设定自导搜索深度和攻击深度；反潜鱼雷除设定自导搜索深度和攻击深度外，还应设定上限深度、下限深度和最大容许下潜深度；对于线导鱼雷，还要设定线导的巡航深度。
鱼雷航行深度的准确性以航深偏差来表示，航深偏差是指鱼雷实际航行深度与所设定深度之差值。鱼雷航深容许偏差一般规定有平均深偏与深度波动两项指标。对于反舰鱼雷，规定其平均深偏不大于1m，深度波动幅值不大于0.5m；对反舰鱼雷，浅水航行时其航行深度准确性要求与反舰鱼雷相同，深水航行，规定其平均深偏不大于10m，深度波动幅值不大于5m。
航行深度的准确性，主要取决于深控装置的性能及可靠性，同时也与动力装置的性能、弹道形式（直航或旋回）以及鱼雷结构总统特性、平衡质量等有关。 对于反潜鱼雷，还要求其在深度平面内运动时又一定的机动性。深度平面机动性能指标有：旋回角速度，最小旋回半径和爬潜角等。 3．对初始弹道的战术技术要求
从鱼雷发射，到鱼雷呗操纵到设定深度的稳态值（在一定允许深度偏差内），这一段运动过程称为动态过渡过程或初始弹道。对初始弹道的战术技术要求是调整距离，带形深度，跳水等要求。以某型热动力鱼雷为例，给出了在各种条件下的初始弹道示意图（如图2-2）。
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