全墊升氣墊船進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，高性能船舶便應運而生。全墊升氣墊船以其高速性、兩棲性、耐波性等特點在民用和軍用兩大方面均受到重點關注，但是氣墊船消耗燃料較快，完成遠程海域任務通常需要通過船塢登陸艦運載氣墊船使其到達指定地點，因而氣墊船進塢過程的研究十分必要。目前氣墊船進塢過程大多為人工操縱，易發(fā)生碰撞造成氣墊船外部設施損傷，因此本文針對全墊升氣墊船航行機理特性，設計了氣墊船進塢過程的控制策略和方法，從而達到氣墊船在安全航行

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

3、墊船的運動學模型;利用分離性建模的思想對全墊升氣墊船各部分力、力矩進行單獨的分析，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力學模型;采用對氣墊船進行直航和回轉仿真實驗來驗證所建立運動數(shù)學模型的合理性。
　　其次，對進塢過程所采用的控制器進行詳細介紹，按照自抗擾控制器分離性原則對跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器、非線性狀態(tài)誤差反饋控制律及動態(tài)補償線性化四個部分進行設計，最后通過改變各個部分參數(shù)來對氣墊船航向進行仿真控制實

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