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训练模拟器空气舵操控系统功能半实物仿真研究
| 论文题名： | 训练模拟器空气舵操控系统功能半实物仿真研究 |
| 关键词： | 训练模拟器;气垫船;空气舵操控系统;安全驾控;航向控制;半实物仿真 |
| 摘要： | 气垫船训练模拟器几乎完全模拟真实的气垫船驾驶操纵环境，对驾驶员进行气垫船驾驶训练，适时规范驾驶者的操作，使其积累驾驶经验，为培训气垫船驾驶员提供帮助。研发具有自主知识产权的气垫船训练模拟器，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。空气舵操控系统作为气垫船训练模拟器重要组成部分，它对气垫船的安全驾控与航向控制起到关键性的作用。空气舵操控系统的功能是否完整，性能是否完善，最终将影响到整个训练模拟器性能的优劣。国内对气垫船训练模拟器空气舵操控系统方面的研究几乎为零，本文首次进行相关方面内容的研究。具体研究内容如下： 1.根据空气舵操控系统的结构组成和功能要求，进行系统的开发。合理的结构设计与完善的功能要求，是该系统实现的关键。在充分论证空气舵操控系统所要完成的训练模拟器手动驾驶和航向自动保持功能的基础上，进行了系统硬件电路和驱动控制软件的设计与开发。 2.为验证空气舵操控系统的操纵性能，需建立气垫船四自由度运动数学模型，进行仿真试验。对气垫船的各主要模块进行建模，建立了气垫船的气动力模型、水动力模型、螺旋桨推力模型、空气舵舵力模型和侧风门力模型，然后在固定坐标系下列出气垫船四自由度运动方程，再将其转换到运动坐标系中，完成了气垫船四自由度运动仿真模型的建立。 3.研究空气舵操纵面对气垫船航行控制的影响，设计一种新型气垫船航向控制器。依据灰色系统理论和常规PID控制基本工作原理，基于灰色预测模型，实现了自动调整预测航向偏差和实际航向偏差在综合航向偏差值中的比重，在此基础上设计了用于气垫船航向控制的自调节灰色预测PID控制器，给出控制器的具体设计步骤和控制算法实现。 4.在训练模拟器半实物仿真平台下，进行气垫船航行特性的仿真研究。分别进行了气垫船的直线航行、手动操纵驾驶和航向控制仿真试验。通过气垫船的直航和手动操纵回转仿真试验结果，验证本文所建立气垫船模型的合理性，及空气舵操控系统功能在训练模拟器手动驾驶模式下的有效性。通过气垫船航向控制仿真试验结果对比，验证在脉动风干扰下，本文设计的自调节灰色预测PID控制器对气垫船航向控制具有调解时间短、稳态误差小、几乎无超调及鲁棒性强的特点。 |
| 作者： | 张冰正 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 林孝工 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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