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全垫升气垫船进坞过程自抗扰控制方法研究
| 论文题名： | 全垫升气垫船进坞过程自抗扰控制方法研究 |
| 关键词： | 全垫升气垫船;进坞过程;自抗扰控制器;航路点跟踪算法;横向跟踪控制 |
| 摘要： | 科技发展日新月异，海洋资源的竞争随之更为激烈，高性能船舶便应运而生。全垫升气垫船以其高速性、两栖性、耐波性等特点在民用和军用两大方面均受到重点关注，但是气垫船消耗燃料较快，完成远程海域任务通常需要通过船坞登陆舰运载气垫船使其到达指定地点，因而气垫船进坞过程的研究十分必要。目前气垫船进坞过程大多为人工操纵，易发生碰撞造成气垫船外部设施损伤，因此本文针对全垫升气垫船航行机理特性，设计了气垫船进坞过程的控制策略和方法，从而达到气垫船在安全航行的基础上完成进坞过程的目的。 本文利用自抗扰控制器不依赖精确系统模型的能力对气垫船进坞过程进行控制，并且将气垫船进坞过程分成两个连续步骤来完成，分别为:进坞导引过程，基于航路点跟踪算法对气垫船跟踪船坞登陆舰的路径进行规划和设计;进坞控制过程，以基于参考航向的横向跟踪控制为基础，同时对气垫船航速和升沉进行限制从而完成进坞操作。具体研究过程如下: 首先，建立固定坐标系和船体坐标系，并同时阐述了两者的转换方法以完成全垫升气垫船的运动学模型;利用分离性建模的思想对全垫升气垫船各部分力、力矩进行单独的分析，继而采用叠加原理得到六自由度微分方程以完成全垫升气垫船的动力学模型;采用对气垫船进行直航和回转仿真实验来验证所建立运动数学模型的合理性。 其次，对进坞过程所采用的控制器进行详细介绍，按照自抗扰控制器分离性原则对跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律及动态补偿线性化四个部分进行设计，最后通过改变各个部分参数来对气垫船航向进行仿真控制实验，得到了各个参数对气垫船控制系统的影响程度。 然后，设计了进坞导引过程的控制策略，以航路点跟踪算法确定导引过程的路径。主要包括引入遗传算法对自抗扰控制器关键参数进行整定、设计航迹导引控制器以及航迹控制和航路点跟踪控制仿真实验。 最后，设计了进坞控制过程的控制策略，以横向跟踪控制作为气垫船进坞控制阶段的控制算法。该部分先后设计了航速控制模块、升沉控制模块，而后通过在气垫船进坞阶段控制螺距角对其进行减速处理，以合适的航速完成进坞的过程，期间设置了期望的气垫压力值，通过控制垫升风扇的转速使得气垫船的垂向位置相对浮动不大，达到进坞所要求的指标。然后将进坞过程两个连续步骤进行整合仿真，通过自抗扰控制器完成全垫升气垫船进坞过程的自动控制研究。 |
| 作者： | 杨云龙 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 王元慧;李来春 |
| 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 |
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