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气垫船安全航行船位推算与航迹控制方法研究
| 论文题名： | 气垫船安全航行船位推算与航迹控制方法研究 |
| 关键词： | 全垫升气垫船;安全航行;船位推算;航迹控制;导引控制器 |
| 摘要： | 气垫船作为一种新型高性能船，在航运、科学研究和军事上应用越来越广泛。由于全垫升气垫船有着极强的运行机理和环境适应力，在当今的海洋资源探索与开发上起到了重要的作用。 因为气垫船是高速船，所以其很容易受到恶劣环境的影响，在航行过程中容易发生一些危险情况：当做回转运动时，水阻力阻尼小，向心力不足，很容易发生侧滑、甩尾等危险现象；当气垫船在高速航行过程中，由于多种因素的干扰，实际航行路线偏离规划航迹路线时，易发生碰撞、触礁等危险情况；在GPS位置信息丢失的情况下，气垫船无法获知位置信息，很难执行当前任务，同时还可能发生碰撞等危险。可见，气垫船在航行过程中存在诸多安全隐患。因此，气垫船的安全航行是一个重要的研究方面。 本文以全垫升气垫船作为研究对象。具体工作如下： 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，包括水动力模型、空气动力模型、操纵面模型、气垫力模型等；采用牛顿定律对各个模块的力（力矩）进行矢量合成，完成气垫船的六自由度运动数学模型的建立，并对模型进行仿真验证。 其次，考虑气垫船GPS信号丢失的情况，对气垫船的船位推算方法进行研究，设计基于交互式多模型算法的船位推算器，并用于海试实验。 接着，对气垫船的安全航行进行研究，建立航行过程中气垫船参数的安全限界。对间接式航迹控制算法进行分析，结合气垫船的安全限界，设计航迹偏差PID导引控制器及LOS导引控制器；基于气垫船的航向简化模型，设计基于自适应反步滑模算法的航向控制器。并在扰动风作用下进行了仿真对比验证。 最后，针对航迹控制过程中出现的大漂角及横倾角问题，考虑回转率的影响因素，设计基于模糊专家控制的导引控制器，并进行仿真验证。 |
| 作者： | 赵强 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 王元慧 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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