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全垫升气垫船航向多模型控制方法研究
| 论文题名： | 全垫升气垫船航向多模型控制方法研究 |
| 关键词： | 全垫升气垫船;航向运动;多模型控制;模糊监督器;模块化建模 |
| 摘要： | 全垫升气垫船作为一种具有独特的航行机理的高性能船舶，它能够克服常规船舶的一些缺点，在一些特殊的环境中行驶，这使得它在很多的领域都有着广泛的应用。气垫船依靠船体底部的气垫获得支撑，使船体与航行面之间的摩擦阻力大幅度减小，然而由于船体底部缺少能够产生向心力的机构，因此当气垫船受外界环境干扰或者出现不恰当操纵时，会出现严重侧漂、埋艏、翻船等事故。 早期气垫船的操控主要是采用人工方式，这种方式下驾驶员工作量非常大，身体和精神上都要承受很大的压力，随着技术的进步，人们在气垫船自动驾控方面的研究也取得了很大进步，然而，由于气垫船航行时存在很多不确定因素，它的运动具有明显的非线性特性，其水动力系数和空气动力系数在高速航行状态下变化明显，因而其控制模型也会发生比较大的变化，传统的基于单工况设计的控制方法，其控制效果对单工况模型比较好，对于工况发生变化后全局的控制效果比较差，因此研究气垫船的多模型控制方法十分有必要。对气垫船的航向进行控制，是实现气垫船安全航向的关键，因此本文将运用多模型控制方法，对气垫船的航向控制进行研究。 首先，针对所研究的气垫船，采用模块化建模方法，对气垫船的各个模块进行了分块建模，在此基础上整合得到气垫船的六自由度模型，然后通过直航实验和操舵回转实验，对所建立的模型进行了验证。 然后，根据多模型控制中模型集的组成形式及构建方法，对所建立的气垫船模型进行了解耦简化，得到了用于气垫船航向控制的水平面运动模型。在此基础上，结合气垫船的实际运行情况，以气垫船的纵向速度为依据，选取四个工作点处的模型，构建了航向多模型控制的固定模型集。然后以所建立的模型为参考，运用滑模变结构控制理论，设计航向控制器，并通过仿真对所设计的各控制器的控制性能进行了验证。 最后，针对本文采用的模糊切换策略，对模糊理论的相关知识以及T-S模糊推理方法进行了详细说明，设计了模糊监督器以实现控制器的切换。最终对本文设计的基于模糊切换的多模型航向控制方法进行了仿真，并通过与单模型对比，对设计的航向多模型控制方法的控制效果进行了验证。 |
| 作者： | 尹国栓 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 付明玉 |
| 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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