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大型气垫船操纵特性与航向控制方法研究
| 论文题名： | 大型气垫船操纵特性与航向控制方法研究 |
| 关键词： | 大型气垫船;船舶操纵;航向控制;模糊滑模 |
| 摘要： | 全垫升气垫船由空气静压力支撑，采用空气螺旋桨提供推力，航行时完全脱离水面，遭到水的阻力比普通船小，是典型的水面快船之一，具备良好的两栖性和耐波性。因为气垫船航行存在的特殊性，使其对外界环境比较敏感，当有风的干扰时会造成船体侧漏、横倾、埋首等危险的情况；而当气垫船做回转运动时，由于气垫船依靠空气舵不能产生足够的向心力，会出现严重侧滑、甩尾，大舵角回转时还有可能出现倾覆的危险。这些问题的呈现，正是因为气垫船特殊的结构机理导致的操纵性比较差。为此，国内外已经展开研究将综合驾控系统应用在气垫船的运动控制中，实现气垫船的自动航行控制，减轻驾驶员高度紧张的精神压力，提高航行的安全性。 本文首先通过某型气垫船的实验数据和执行机构参数，对气垫船的各个机构模块进行建模，采用牛顿定律对各个模块的力（力矩）进行矢量合成，完成大型气垫船的四自由度运动数学模型的建立。其次，对大型气垫船的操纵特性进行仿真分析，在无风有风条件下对直航，回转，回直，Z形运动进行仿真分析，所建立模型符合气垫船的航行特性。再次，为实现气垫船的航向控制，本文选择滑模控制理论进行航向控制器的设计，对滑模控制做了简单介绍，为减弱控制器的振动，提高控制精度和自适应性，分别融合了模糊控制和神经网络控制，设计了模糊滑模航向控制器和神经网络滑模航向控制器，并与普通滑模进行了对比仿真分析。最后，为了提高气垫船在航向控制过程中的安全性，在分析航行安全限界的基础上设计了航向跟踪回转率控制，将气垫船的回转率和侧滑角限定在安全范围内，避免了气垫船在做回转运动时出现回转率和侧滑角过大引起的倾覆和甩尾等事故，经过仿真表明此设计具有较好的效果。 |
| 作者： | 朱超 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 丁福光 |
| 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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