全墊升氣墊船作為高性能船舶的一種,以空氣舵和空氣螺旋槳作為操縱裝置,通過向氣墊圍裙中補(bǔ)充氣體,使其供給靜態(tài)壓力支撐船體。全墊升氣墊船在兩棲性與快速性方面表現(xiàn)良好,可以在淺灘、沼澤等特殊環(huán)境快速航行,具有廣闊的發(fā)展前景與應(yīng)用需要。相較于常規(guī)水面船舶,氣墊船沒有水下回轉(zhuǎn)構(gòu)件,船體幾乎懸浮于水面之上,在進(jìn)行路徑跟隨行駛過程中,沒有構(gòu)件提供足夠的回轉(zhuǎn)向心力,而且受到空氣阻力的影響較大,導(dǎo)致其操縱難度大,易于產(chǎn)生側(cè)滑,嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)事故。因此,設(shè)計(jì)一款安全可靠的氣墊船路徑跟隨控制系統(tǒng)具有必要性與研究價(jià)值。本文圍繞氣墊船路徑跟隨這一核心,從建立運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、規(guī)劃航行運(yùn)動(dòng)路徑、引導(dǎo)跟隨規(guī)劃路徑、設(shè)計(jì)跟隨控制器等方面進(jìn)行研究,研究內(nèi)容主要包含為以下四個(gè)方面:首先,為滿足路徑跟隨問題研究的需要,運(yùn)用模塊化建模的思想,對(duì)氣墊船船體構(gòu)件進(jìn)行深入分析建模,根據(jù)力學(xué)原理,將空氣動(dòng)力、水動(dòng)力、螺旋槳、空氣舵等模塊進(jìn)行矢量合成,最終建立四自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。另外建立海風(fēng)模塊,引入環(huán)境干擾,模擬實(shí)際海況。最后,針對(duì)所建立的氣墊船運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行操縱性仿真實(shí)驗(yàn),分析驗(yàn)證其正確性。其次,針對(duì)氣墊船航路規(guī)劃問題,通過對(duì)Dijkstra算法原理的研究,分析其操作步驟與算法優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合蟻群算法,設(shè)計(jì)出蟻群-Dijkstra優(yōu)化算法,在模擬海面障礙物的條件下,進(jìn)行航路規(guī)劃。再次,結(jié)合最短規(guī)劃路徑,對(duì)引導(dǎo)跟隨路徑問題進(jìn)行研究,在常規(guī)LOS導(dǎo)引法的基礎(chǔ)上,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn),提出可以對(duì)航跡偏差積分的前視視線導(dǎo)引法,設(shè)計(jì)滑�？刂破�,對(duì)前視LOS導(dǎo)引法引導(dǎo)跟隨路徑效果進(jìn)行仿真分析,為設(shè)計(jì)控制器方法的深入研究提供基礎(chǔ)。最后,針對(duì)路徑跟隨控制器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究,根據(jù)對(duì)滑�？刂品椒ǖ睦碚摲治雠c應(yīng)用研究,引入非奇異快速終端滑�？刂品椒�,實(shí)現(xiàn)在有限時(shí)間內(nèi)航跡快速收斂于規(guī)劃路徑�？紤]氣墊船海上航行的實(shí)際情況,針對(duì)外部環(huán)境干擾,結(jié)合擾動(dòng)觀測器,提出基于擾動(dòng)觀測器的非奇異快速終端滑模的控制方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的有效觀測與補(bǔ)償,并且通過Lyapunov穩(wěn)定性理論對(duì)所提出的控制器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證,確保設(shè)計(jì)的安全性與合理性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.943
【部分圖文】：

對(duì)較短的方法策略，有著尤為重要的作用與意義�，F(xiàn)狀的頻繁應(yīng)用以及應(yīng)用區(qū)域的廣闊，其理論研究試驗(yàn)以氣墊船、運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型和航行控制技術(shù)等方面的研概況方面的典型船舶，氣墊船最初發(fā)展要回溯于英國造船是在船舶航行建造方面，英國造船行業(yè)人員以及研凡影響力和前瞻性。早在 1953 年英國工程師 Christo的周邊射流理論。該理論對(duì)氣墊船產(chǎn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)起到奠，氣墊船實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪状纬霈F(xiàn)于世人眼前。此后，第一完成了穿越英吉利海峽的壯舉，這對(duì)于氣墊船的發(fā)

第 1 章 緒論具有實(shí)用性。到上世紀(jì) 70 年代末期，由于氣墊船技術(shù)定性問題，氣墊船開始進(jìn)入量產(chǎn)階段。由于大量氣墊船氣墊船固定航線，進(jìn)行民用方面載人載物，具有了經(jīng)濟(jì)已發(fā)展建造多種氣墊船應(yīng)用于不同方面。在護(hù)航運(yùn)輸雷艇以及擁有 193m 聲吶的 BH.7 獵雷艇。在中型噸位登陸艇，還裝備了 BH7 型氣墊艇，其擁有良好的反潛用運(yùn)輸方面，世界最大氣墊船渡船“SRN4-MK3”就在運(yùn)輸效率高。

圖 1.2 英國 Griffon8000 TD 型氣墊船大國，美國在氣墊船上的造詣獨(dú)樹一幟。在氣墊船研普遍不熱衷于乘坐短途高速水面艦艇，而偏向于長途此美國對(duì)其的研究大部分應(yīng)用在軍事上。由于美國擁底蘊(yùn)濃厚，美國在軍用氣墊上的進(jìn)展非常迅速。
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本文編號(hào)：2841353