【摘要】：全墊升氣墊船是一種采用空氣螺旋槳提供推力,全部由空氣靜壓力支撐的船體,在航行過程中完全脫離水面或地面,具有獨特的兩棲性,耐波性和高速航行等特點,在世界各國的軍事和民用方面得到了廣泛應用。氣墊船與普通水面船相比有較大的差異,當氣墊船在水面高速航行過程中容易受到外界環(huán)境的干擾,容易造成船體橫傾嚴重,產(chǎn)生埋首等危險的情況;而當氣墊船做回轉(zhuǎn)運動時,由于氣墊船懸浮水面航行導致興波阻力提供的向心力較小,容易引起側滑和甩尾,同時大舵角回轉(zhuǎn)還有可能出現(xiàn)傾覆的危險;當在低速航行時,空氣舵的效率較低,通常無法提供改變航向所需的回轉(zhuǎn)力矩,導致回轉(zhuǎn)半徑大,時間長等問題。針對上述航行過程中存在的問題,本文以某型全墊升氣墊船作為研究對象,設計了控制效率較優(yōu)的航向控制器,同時在考慮氣墊船航向安全的前提下,進行安全航行控制器的設計。首先,采用模塊化建模思想,根據(jù)某全墊升氣墊船的實驗數(shù)據(jù),在坐標系下對各個模塊分別建立數(shù)學模型,然后梳理各個模塊的力和力矩進行合成,運用動量定理、動量矩定理列出全墊升氣墊船四自由度運動數(shù)學方程,轉(zhuǎn)換到運動坐標系下,最終完成四自由度仿真模型的建立,并對在無風和不同風速、風向環(huán)境條件下氣墊船直航、回轉(zhuǎn)等操縱特性進行仿真,驗證所建立的氣墊船模型。其次,結合航向控制的特點對滑模變結構控制理論進行研究,并通過觀測器對系統(tǒng)外部擾動進行估計,提出基于擾動觀測器的滑模控制器來平穩(wěn)的跟蹤設定的期望航向值。根據(jù)常用削弱滑模控制抖振的策略,研究與反步法結合的基于觀測器的滑�？刂扑惴�,設計控制算法改進后的航向控制器,并在不同擾動風環(huán)境下進行對比驗證。再次,考慮氣墊船航向安全控制問題,建立了航行過程中不同航速下回轉(zhuǎn)律和側滑角的安全限界,提出了航跡向間接控制的概念,即根據(jù)側滑角信息更新期望艏向的策略,采用非奇異快速終端滑�？刂扑惴ㄔO計航速-航跡向控制器,同時改進趨近律,提高趨近階段的收斂速度,并進行有限時間快速收斂和穩(wěn)定性證明,保證航行穩(wěn)定性和安全性,實現(xiàn)了氣墊船航速-航跡向保持控制。最后,將舵槳協(xié)調(diào)控制分配方法應用在氣墊船等航速-航跡向保持的安全航行任務中。通過仿真實驗將其與未進行協(xié)調(diào)分配的仿真結果做對比,仿真結果表明本文所提的舵槳協(xié)調(diào)控制分配方法的安全性、有效性和快速性。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U674.943;U676.1
【圖文】：

圖 1.1 英國 Griffon 型和 BH7 型氣墊船美國相比于英國發(fā)展氣墊船起步時間晚，大約在二十世紀七十年代開始投入氣墊船的研究，特別是在冷戰(zhàn)期間，開始同步建造了攻擊型氣墊登陸艇 JEFF(A)和 JEFF(B)兩種中型兩棲作戰(zhàn)登陸艇。隨著各國海軍逐漸裝備氣墊船，美國又制定了現(xiàn)代海軍氣墊登陸艇 LCAC 的研發(fā)計劃，目的是為了提高海軍搶灘登陸作戰(zhàn)速度，由于得到重視研究出處于世界領先地位的超性能氣墊船，經(jīng)過試航驗證，其耐波性、航行穩(wěn)定性、舵槳復合操縱性能分析等在復雜環(huán)境下航行性能指標都達到預期的效果。并且已經(jīng)裝備百余艘LCAC 氣墊船以增強其海軍作戰(zhàn)能力和后勤保障能力發(fā)揮巨大作用。如圖 1.2 所示為LCAC 氣墊登陸艇。

圖 1.1 英國 Griffon 型和 BH7 型氣墊船美國相比于英國發(fā)展氣墊船起步時間晚，大約在二十世紀七十年代開始投入氣墊船的研究，特別是在冷戰(zhàn)期間，開始同步建造了攻擊型氣墊登陸艇 JEFF(A)和 JEFF(B)兩種中型兩棲作戰(zhàn)登陸艇。隨著各國海軍逐漸裝備氣墊船，美國又制定了現(xiàn)代海軍氣墊登陸艇 LCAC 的研發(fā)計劃，目的是為了提高海軍搶灘登陸作戰(zhàn)速度，由于得到重視研究出處于世界領先地位的超性能氣墊船，經(jīng)過試航驗證，其耐波性、航行穩(wěn)定性、舵槳復合操縱性能分析等在復雜環(huán)境下航行性能指標都達到預期的效果。并且已經(jīng)裝備百余艘LCAC 氣墊船以增強其海軍作戰(zhàn)能力和后勤保障能力發(fā)揮巨大作用。如圖 1.2 所示為LCAC 氣墊登陸艇。

4圖 1.4 “斯米格”氣墊船來也開始探索與研究氣墊船的設計理論，隨著經(jīng)濟備也在不斷提高，突破了種種困難，總結出氣墊船計、動力系統(tǒng)設計、駕控系統(tǒng)設計等一系列理論知開展了對氣墊船的研究工作，船體模型長 1.8 米，研制出可載人的小型全墊升氣墊船，能完成基本的

【參考文獻】

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本文編號：2756141