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全垫升气垫船升沉-横倾解耦控制研究
| 论文题名： | 全垫升气垫船升沉-横倾解耦控制研究 |
| 关键词： | 气垫船舶;垫升系统;回转操纵;解耦控制 |
| 摘要： | 全垫升气垫船作为一种新型的高性能船舶，在民用运输和军事用途方面具有重要作用。它通过垫升风扇向船底供气，形成高压气垫支撑船的重量使船悬浮在航行面之上。因此，全垫升气垫船具有航速高、耐波性好、两栖性等特点。但由于全垫升气垫船在水面高速航行，又缺少水下回转装置，在回转操纵时容易侧滑，并产生横倾，影响垫升性；而气垫船在波浪中航行时，由于垫升压力的不断变化，在产生较大的垂向加速度的同时，也会产生横倾力矩，改变横倾姿态。总之，全垫升气垫船的升沉与横倾自由度之间总是相互耦合影响的，为了改善垫升性能，需要对全垫升气垫船的升沉-横倾进行解耦控制研究。 本文首先建立固定坐标系与船体运动坐标系，并通过旋转变换得到它们之间的转换关系，建立了全垫升气垫船的运动学模型。然后利用分离型建模方法得到全垫升气垫船各个部分的力及力矩，并由动量定理和动量矩定理得到全垫升气垫船的六自由度微分方程，建立动力学模型。采用直航以及回转仿真实验，对建立的全垫升气垫船数学模型进行验证。其次，对于复杂的垫升系统数学模型进行单独建模。它由垫升风扇压力-流量模型，气垫体积变化模型，围裙泄流量模型三部分组成。用多维牛顿迭代法求解垫升系统数学模型的气垫压力和风扇压力。并引入升沉稳性导数和升沉阻尼系数对全垫升气垫船的静垫升性进行分析。然后，对采用的自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)进行了介绍，它由四个部分组成：安排过渡过程的微分跟踪器(Tracking Differentiator, TD)，扰动估计的扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)，非线性误差控制律(Nonlinear Error Feedback, NLEF)，以及最后的动态线性补偿。最后，将自抗扰控制技术用于多变量系统的解耦控制，通过对解耦过程的分析，得到了多变量系统自抗扰解耦控制的标准形式。将全垫升气垫船的升沉-横倾数学模型进行简化变形后，也将其转化成符合自抗扰解耦控制的标准形式，然后利用ADRC对全垫升气垫船的升沉-横倾进行解耦控制研究。 |
| 作者： | 方胜 |
| 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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