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原文传递高速船的航向航速控制

论文题名：	高速船的航向航速控制
关键词：	高速滑行艇;开环运动特性;航向滑模控制;航速模糊控制
摘要：	高速滑行艇属于一种很重要且很常见的高速船。体积小、速度快、机动性强和操作灵活等优点使其在民用和军用方面得到了普遍的应用。关于滑行艇的大部分研究均未考虑航行状态的变化，均将某一航行状态的水动力模型应用于滑行艇。其实，水动力会随着航行状态的变化而发生相应的改变，而且不同航行状态下的水动力相差很大。如果滑行艇在不同航速下均采用同一种水动力模型，这必然带有明显的局限性，无法充分反映滑行艇的真实状态。本文的主要目的是建立静水中和海风干扰下的滑行艇运动数学模型，研究滑行艇的开环运动特性，设计航向和航速控制器。　　本文首先为高速滑行艇建立了惯性坐标系和附体坐标系，并推导出了两种坐标系的转换关系。在水平的附体坐标系下，由质心运动定理和动量矩定理推导出了滑行艇的六自由度运动方程。按照MMG模型的思想，把滑行艇在静水中的受力分解为惯性类水动力、粘性类水动力、回复力（重力、浮力）、动升力、阻尼力、桨力及舵力等。在认真分析各项水动力的产生原因及测定方法后，直接给出了水动力的数学估算公式;同时还研究了螺旋桨推进力和舵力的数学计算模型，进而建立了不同航行状态下的静水中滑行艇运动数学模型。　　然后在定常风的假设下，研究了海风干扰模型，并将其叠加到滑行艇在静水中的六自由度运动数学模型中，于是建立了海风干扰下的滑行艇运动数学模型，进而就可以研究滑行艇在海风干扰下的操纵特性。　　最后对上述模型进行简化，建立了滑行艇的五自由度运动数学模型。采用S-函数搭建了滑行艇的SIMULINK模型，并运用经典的四阶龙格-库塔法来求解滑行艇的运动微分方程。本文分别预报了滑行艇在静水中和海风干扰下的开环运动特性，取得了令人满意的仿真结果。由于滑行艇运动数学模型具有较强的非线性，设计了采用滑模变结构控制的航向控制器和采用模糊控制的航速控制器，并分别对两者进行了改进。通过与航向和航速PID控制的仿真结果对比分析，发现改进型的航向滑模控制器和航速模糊控制器具有更快的动态响应过程和更好的稳定性。
作者：	欧林渠
专业：	控制工程
导师：	陆军;王林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文