潜艇的操纵性是潜艇综合航行性能中十分关键的技术之一,它直接影响了潜艇的机动性和作战能力。潜艇的操纵性是指通过对水舱的供排水来实现潜艇的定深控制、纵倾平衡和浮力调整,而其中给水流速的精确控制则是提升潜艇的操纵性能的关键。为实现阀控给水系统的流速在恒压差情况下的动态跟踪控制,本课题构建了一套悬停及均衡系统模拟装置,完成了实验室条件下均衡泵排水工况下的流量跟踪控制研究。首先,简述了潜艇悬停和均衡系统工作原理,介绍了模拟装置中阀控给水系统的主要组成和作用,研究了在实验室内模拟潜艇操纵控制时,包括浮力调整、纵倾平衡调整和悬停控制在内的操纵控制规律。其次,考虑离心泵及调节阀的非线性特点,建立了给水系统的数学模型。在实验曲线的基础上,采用最小二乘法拟合了离心泵的流量-扬程模型以及流量调节阀的工作流量特性方程,并基于多点辨识法对流量调节阀的开度响应传递函数进行了离线辨识。随后,为了克服大口径流量调节阀的响应滞后,提出了流量跟踪的Smith预估PID控制策略。一方面,基于上文所建立的模型计算出指令流量对应的调节阀开度平衡点,将其作为开环控制信号直接控制调节阀的开度;另一方面,采用基于Smith预估补偿的PID控制策略对系统进行闭环反馈控制,以克服系统中的滞后和干扰。最后,构建了西门子PLC为控制核心的给水流量控制系统和均衡系统模拟装置显示控制台,对所设计的流量跟踪控制系统进行了实验。实验结果表明,本文设计的控制策略能够有效地减小流量跟踪控制的超调、误差和响应时间。