全墊升氣墊船進(jìn)塢過程自抗擾控制方法研究.pdf

1、科技發(fā)展日新月異，海洋資源的競爭隨之更為激烈，高性能船舶便應(yīng)運(yùn)而生。全墊升氣墊船以其高速性、兩棲性、耐波性等特點(diǎn)在民用和軍用兩大方面均受到重點(diǎn)關(guān)注，但是氣墊船消耗燃料較快，完成遠(yuǎn)程海域任務(wù)通常需要通過船塢登陸艦運(yùn)載氣墊船使其到達(dá)指定地點(diǎn)，因而氣墊船進(jìn)塢過程的研究十分必要。目前氣墊船進(jìn)塢過程大多為人工操縱，易發(fā)生碰撞造成氣墊船外部設(shè)施損傷，因此本文針對(duì)全墊升氣墊船航行機(jī)理特性，設(shè)計(jì)了氣墊船進(jìn)塢過程的控制策略和方法，從而達(dá)到氣墊船在安全航行

2、的基礎(chǔ)上完成進(jìn)塢過程的目的。
　　本文利用自抗擾控制器不依賴精確系統(tǒng)模型的能力對(duì)氣墊船進(jìn)塢過程進(jìn)行控制，并且將氣墊船進(jìn)塢過程分成兩個(gè)連續(xù)步驟來完成，分別為:進(jìn)塢導(dǎo)引過程，基于航路點(diǎn)跟蹤算法對(duì)氣墊船跟蹤船塢登陸艦的路徑進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì);進(jìn)塢控制過程，以基于參考航向的橫向跟蹤控制為基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)氣墊船航速和升沉進(jìn)行限制從而完成進(jìn)塢操作。具體研究過程如下:
　　首先，建立固定坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系，并同時(shí)闡述了兩者的轉(zhuǎn)換方法以完成全墊升氣

3、墊船的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型;利用分離性建模的思想對(duì)全墊升氣墊船各部分力、力矩進(jìn)行單獨(dú)的分析，繼而采用疊加原理得到六自由度微分方程以完成全墊升氣墊船的動(dòng)力學(xué)模型;采用對(duì)氣墊船進(jìn)行直航和回轉(zhuǎn)仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所建立運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的合理性。
　　其次，對(duì)進(jìn)塢過程所采用的控制器進(jìn)行詳細(xì)介紹，按照自抗擾控制器分離性原則對(duì)跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、非線性狀態(tài)誤差反饋控制律及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線性化四個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后通過改變各個(gè)部分參數(shù)來對(duì)氣墊船航向進(jìn)行仿真控制實(shí)

4、驗(yàn)，得到了各個(gè)參數(shù)對(duì)氣墊船控制系統(tǒng)的影響程度。
　　然后，設(shè)計(jì)了進(jìn)塢導(dǎo)引過程的控制策略，以航路點(diǎn)跟蹤算法確定導(dǎo)引過程的路徑。主要包括引入遺傳算法對(duì)自抗擾控制器關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行整定、設(shè)計(jì)航跡導(dǎo)引控制器以及航跡控制和航路點(diǎn)跟蹤控制仿真實(shí)驗(yàn)。
　　最后，設(shè)計(jì)了進(jìn)塢控制過程的控制策略，以橫向跟蹤控制作為氣墊船進(jìn)塢控制階段的控制算法。該部分先后設(shè)計(jì)了航速控制模塊、升沉控制模塊，而后通過在氣墊船進(jìn)塢階段控制螺距角對(duì)其進(jìn)行減速處理，以合適的航