氣墊船多操縱面協(xié)調(diào)控制方法研究.pdf

1、氣墊船是一種船體由其氣墊內(nèi)空氣靜壓力支持以減小航行阻力的高性能船，具有航速快，兩棲等特性。氣墊船利用氣墊減小了船航行時(shí)阻力，但同時(shí)風(fēng)對氣墊船航行的干擾影響更加嚴(yán)重，同時(shí)氣墊船橫傾漏氣會(huì)引起側(cè)滑。因此，多種氣墊船操縱面被應(yīng)用來改進(jìn)氣墊船的操縱性。本文針對氣墊船多操縱面動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了包含上層主控制器和下層協(xié)調(diào)控制分配系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對氣墊船的推進(jìn)器和操縱面的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了初步的研究。
　　本研究首先根據(jù)剛體動(dòng)力學(xué)原理建立了氣墊船的

2、四自由度動(dòng)力學(xué)方程，并建立了氣墊船受到的空氣動(dòng)力、水動(dòng)力及推進(jìn)器和多種操縱面操縱力的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)應(yīng)用四階龍格庫塔算法編寫了計(jì)算機(jī)仿真程序，對氣墊船的運(yùn)動(dòng)特性和操縱特性進(jìn)行了仿真研究。其次，根據(jù)視線法原理設(shè)計(jì)了氣墊船的路徑導(dǎo)引算法以實(shí)現(xiàn)氣墊船對參考路徑的跟蹤。參考路徑由航跡點(diǎn)設(shè)定并由多段直線段連接而成，并討論了參考路徑段切換的策略。參考艏向根據(jù)參考路徑段和氣墊船當(dāng)前實(shí)際位置計(jì)算得到，將氣墊船路徑跟蹤轉(zhuǎn)化為對其艏向的控制，引入?yún)⒖寄Ｐ褪箽?/p>

3、墊船艏向逐步過渡到參考艏向，能夠減小被控量超調(diào)同時(shí)提供控制器需要的參考量導(dǎo)數(shù)等信息。再次，根據(jù)氣墊船動(dòng)力學(xué)模型的非線性、耦合、參數(shù)變化等特點(diǎn)，采用非線性的反步控制方法設(shè)計(jì)了氣墊船協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的上層控制器，來對航速、橫傾、艏向等被控變量進(jìn)行控制，控制輸出為推進(jìn)器和操縱面的合力及合力矩，編寫了氣墊船協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)上層反步控制器的仿真程序并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真研究。最后，建立了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的下層協(xié)調(diào)分配系統(tǒng)的規(guī)劃模型，將氣墊船操縱面的協(xié)調(diào)控制問題轉(zhuǎn)

4、化為約束條件下目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化的規(guī)劃問題，操縱面規(guī)劃模型將上層控制器的輸出的合力（矩）協(xié)調(diào)分配給各個(gè)操縱面，從而優(yōu)化操縱面的工作，減小操縱面之間的相互影響，達(dá)到協(xié)調(diào)控制操縱面工作的目的。引入序列二次規(guī)劃算法和遺傳算法對操縱面的協(xié)調(diào)分配模型進(jìn)行求解。根據(jù)建立的操縱面協(xié)調(diào)分配模型，編寫了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)仿真程序，完成對操縱面之間的協(xié)調(diào)工作。結(jié)合設(shè)計(jì)的導(dǎo)引系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在氣墊船進(jìn)行路徑跟蹤的過程中，進(jìn)行了推進(jìn)器和操縱面協(xié)調(diào)控制的仿真研究，得到