全垫升气垫船航迹向与速度控制方法研究

• 作 者: 李仲彬
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 全垫升气垫船 航迹向控制 速度控制 RBF神经网络 反步滑模

全垫升气垫船与普通水面船存在很大差别,普通水面船由于侧向阻力的原因,不会产生较大的侧滑,艏向控制和速度方向的控制基本没有差别,而全垫升气垫船由于航行速度快,受惯性力影响或风的干扰很容易发生侧漂,其艏向角与航迹向存在较大差别。因此对于气垫船的航迹向控制研究显得十分重要,由于气垫船的航行受到外界干扰影响很大,因此采用反步滑模控制方法设计航迹向控制器。本文以某型气垫船为研究对象,研究了气垫船航迹向与速度控制方法,具体的研究内容如下:首先,介绍了气垫船分类、工作原理、垫升系统以及推进系统,对气垫船国内外研究现状以及发展概述进行了详致介绍。对近年来有关气垫船航迹向的相关研究以及控制方法也做以介绍。其次,对气垫船空间运动坐标系进行建立,根据模块化建模的思想理论对气垫船各个模块分别进行建模,在空间中对气垫船的力和力矩进行合成,根据动量力(矩)定理建立气垫船的运动学模型和动力学模型,完成气垫船四自由度数学模型的建立。根据已建模型对气垫船直航和回转特性进行仿真验证。仿真结果验证了模型的正确性。再次,介绍了气垫船推进系统特性、RBF神经网络及滑模变结构控制方法,设计了滑模速度控制器及RBF网络滑模速度控制器,并进行仿真对比验证。仿真结果表明,RBF网络滑模速度控制器的控制效果更好。最后,介绍了反步控制法的基本理论及李雅普诺夫稳定性理论,根据已有模型,设计了基于反步滑模的气垫船航迹向控制器,并进行仿真验证。仿真结果表明了控制器的稳定性、快速性、鲁棒性。研究了航迹向与速度协调策略,并将协调策略应用于速度控制器中。仿真结果表明,气垫船在进行航迹向控制时,协调后的速度控制器使气垫船的侧滑角减小同时回转率变化较小且在安全范围内。