開題報(bào)告——全墊升氣墊船航向橫傾解耦控制

1、全墊升氣墊船航行姿態(tài)控制方法研究Study on attitude control method of air cushion vessel指導(dǎo)老師: ：匯報(bào)人 ： 目錄背景與意義Background and significance發(fā)展與現(xiàn)狀Development andpresent situation內(nèi)容與方法Content and method難點(diǎn)目標(biāo)時(shí)間Difficulties objectivesand schedule 目錄內(nèi)容與方法Content and method難點(diǎn)目標(biāo)時(shí)間Difficulties objectives and schedule 發(fā)展與現(xiàn)狀Developm

2、ent and present status背景與意義Background and significance背景與意義1 全墊升氣墊船u近幾十年來，各種高性能特種船舶陸續(xù)面世，全墊升氣墊船已經(jīng)成為世界各國造船界研究的重點(diǎn)。u良好的兩棲型、快速性和耐波性，使得氣墊船在最近幾十年日益得到各國的關(guān)注。大量的氣墊船被用在民用及軍事作業(yè)中。u眾所周知，氣墊船最典型的控制面為航向控制，而橫傾角的改變嚴(yán)重影響氣墊船的穩(wěn)定性；u由于空氣舵在提供轉(zhuǎn)艏力矩的同時(shí)也會產(chǎn)生橫傾力矩，改變橫傾角，發(fā)生橫傾現(xiàn)象，更嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)側(cè)翻現(xiàn)象。u同樣艏噴管在提供橫傾力矩時(shí)也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)艏力矩，改變航向，因此，有必要對全墊升氣墊船

3、的航向橫傾控制進(jìn)行研究。目錄內(nèi)容與方法Content and method難點(diǎn)目標(biāo)時(shí)間Difficulties objectives and schedule 發(fā)展與現(xiàn)狀Development and present status背景與意義Background and significance2 全墊升氣墊船發(fā)展與現(xiàn)狀n20世紀(jì)50年代，世界各國再次掀起了氣墊船的研究與發(fā)展熱潮。n1959年7月英國組建了世界第一艘全墊升氣墊船SN-N1號。n1978年，美國設(shè)計(jì)建造的氣墊登陸艇(LCAC) 誕生，并進(jìn)行不斷的改進(jìn)升級。n20世紀(jì)70年代后期，前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造世界上最大的氣墊船-Zubr氣墊船，如

4、今，俄羅斯是世界上擁有氣墊船數(shù)量最多的國家。n 國內(nèi)從20世紀(jì)60年代末開始?xì)鈮|船技術(shù)研究，早期711-2型艇在淀山湖進(jìn)行了大量實(shí)艇試驗(yàn)。n 70年代末建立了氣墊技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。n 80年代初開始海軍氣墊登陸艇722-1型與722-2型試驗(yàn)艇的研制。n 90年代成功研制了海軍724型艦載小型氣墊登陸艇，該型艇服役期滿后又進(jìn)行了延壽改進(jìn)，性能又有進(jìn)一步提高。n 21世紀(jì)初又成功研制了與美LCAC同類型的中型氣墊登陸艇。 國外 國 國內(nèi)3氣墊船航行姿態(tài)控制國外研究現(xiàn)狀 發(fā)展與現(xiàn)狀美國學(xué)者費(fèi)恩，運(yùn)用英國BH-7型氣墊船的實(shí)艇數(shù)據(jù)，建立了簡單的操縱系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，通過墊升姿態(tài)試驗(yàn)，研究了縱傾運(yùn)動、橫傾運(yùn)動和

5、轉(zhuǎn)艏運(yùn)動，并證明了艏向角、側(cè)滑角和橫傾角的耦合關(guān)系?；诶碚摲治龊万?yàn)證，F(xiàn)ein又進(jìn)行了多次實(shí)船對比試驗(yàn)，研究環(huán)境擾動對氣墊船航行的影響。安東尼奧，運(yùn)用back-stepping理論，設(shè)計(jì)作用于氣墊船的軌跡跟蹤自抗擾控制器。試驗(yàn)表明，該控制器不僅可以實(shí)現(xiàn)跟蹤功能，而且可以克服外力擾動帶來的影響。丹尼爾對氣墊船墊升系統(tǒng)建模，通過解耦控制器穩(wěn)定圍裙泄流量，解決了氣墊船在惡劣海況中的升沉穩(wěn)定性問題，提高了氣墊船的適航性。伊朗的M.M.EI-khatib博士根據(jù)模糊控制理論，開發(fā)航跡向智能跟蹤控制器，使氣墊船可以根據(jù)預(yù)設(shè)的航線，完成自動駕駛，安全抵達(dá)目的地。日本學(xué)者尾鱗一，模擬了冰面航行環(huán)境，研究氣墊

6、船在光滑固體面的運(yùn)動狀態(tài)，證明氣墊船在光滑平面航行是可行的。Koichi OSUKA提出了聯(lián)合控制思想，利用主操縱面和輔助操縱面的協(xié)調(diào)控制，減小內(nèi)部參數(shù)的互相干擾，試驗(yàn)證明該方法具有很強(qiáng)的適用性。3國內(nèi)研究現(xiàn)狀李根林針對建模中海浪模型難以確定的問題，對興波阻力進(jìn)行了重點(diǎn)研究黃勇、匡紅波等仿真驗(yàn)證了基于變結(jié)構(gòu)模糊PID控制算法對航跡保持進(jìn)行控制的可行性，該方法抗干擾能力極強(qiáng)付明玉、王成龍等老師利用back-stepping方法設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自整定PID控制策略，對氣墊船水平面航向運(yùn)動控制效果良好劉振業(yè)，哈爾濱工程大學(xué)，對全墊升氣墊船的航向橫傾運(yùn)用自抗擾解耦方法進(jìn)行了研究。改善

7、了全墊升氣墊船航向、橫傾控制品質(zhì)，使其航向更加安全。鄧宏達(dá)，哈爾濱工程大學(xué)，全墊升氣墊船墊升姿態(tài)控制方法研究，在有環(huán)境風(fēng)干擾下，與單一的PID航向控制相比，基于狀態(tài)反饋的航向橫傾解耦控制算法既可以實(shí)現(xiàn)航向的預(yù)期控制，而且可以抑制橫傾角的劇烈抖動，從而穩(wěn)定回轉(zhuǎn)率，增強(qiáng)了抗干擾能力，提高氣墊船航行安全性。氣墊船航行姿態(tài)與解耦控制國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目錄難點(diǎn)目標(biāo)時(shí)間Difficulties objectives and schedule 發(fā)展與現(xiàn)狀Development and present status背景與意義Background and significance內(nèi)容與方法Content and m

8、ethod4坐標(biāo)系的建立建立模型圖 3.1 固定坐標(biāo)系與運(yùn)動坐標(biāo)系5六自由度船舶數(shù)學(xué)模型的建立建立模型全墊升氣墊船全墊升氣墊船6自由度運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)模型：自由度運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)模型：全墊升氣墊船全墊升氣墊船6自由度動力學(xué)自由度動力學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)模型：模型：()()()()xyzxzyxyxzyzyxzm uvrwqFm vwpurFm wuqvpFI pIIqrMI qIIprMI rIIpqM&F（M）為：垂直空氣舵，側(cè)風(fēng)門、艏噴管、螺旋槳槳矩差、轉(zhuǎn)速差及氣墊力等控制面的合力（力矩）。coscos(cossinsinsincos )(cossincossinsin )sincos(sinsinsi

9、ncoscos )(sinsincoscossin )sincos sincoscossintancostancossinsin/uvruvruvrpqrqrq &coscos/cosr（3-1）（3-2）航向-橫傾耦合控制模型建立模型6航向控制模型可簡化為：橫傾控制模型可簡化為：cos()()zrrhurrrINY rNYx ru&()()xrrhhurrpI pKYz rKYz ru&（3-3）（3-4）解耦控制方法的選擇建立模型71.自適應(yīng)解耦控制（改進(jìn)模型參考自適應(yīng)）自適應(yīng)解耦控制（改進(jìn)模型參考自適應(yīng)）2.智能解耦控制（模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）智能解耦控制（模糊、神經(jīng)網(wǎng)

10、絡(luò)）3.動態(tài)魯棒解耦控制動態(tài)魯棒解耦控制4.狀態(tài)空間解耦控制狀態(tài)空間解耦控制5.自抗擾解耦控制自抗擾解耦控制 等等自適應(yīng)控制的主要特點(diǎn)：自適應(yīng)控制的主要特點(diǎn)：1. 不需要進(jìn)行性能指標(biāo)的變換,實(shí)現(xiàn)容易,自適應(yīng)速度快,在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。2. 在處理被控對象的數(shù)學(xué)模型事先難以確知或它們的數(shù)學(xué)模型經(jīng)常變化的系統(tǒng), 模型參考自適應(yīng)控制達(dá)到較好的控制效果。3. 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)的控制器的參數(shù)是隨著對象特性的變化和環(huán)境的改變而不斷調(diào)整的, 從而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。4. 只要在滿足控制要求的前提下, 建立起一個(gè)合適的參考模型, 就能使自適應(yīng)控制需要的時(shí)間足夠小, 從而使被控對象參數(shù)變化過程比起參考

11、模型和對象本身的時(shí)間響應(yīng)要慢得多。基于ESO的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理建立模型8圖3-2 基于ESO的模型參考自適應(yīng)控制器結(jié)構(gòu)圖解耦控制建立模型911122212()( )()( )fw tVfw tVyYy & & &航向-橫傾數(shù)學(xué)模型可化簡如下簡式：其中：12()UVBU（3-5）目錄難點(diǎn)目標(biāo)時(shí)間Difficulties objectives and schedule 發(fā)展與現(xiàn)狀Development and present status背景與意義Background and significance內(nèi)容與方法Content and method 難點(diǎn)10（1）擴(kuò)

12、張擴(kuò)張狀態(tài)觀測器與模型參考自適狀態(tài)觀測器與模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（2）航向航向-橫傾橫傾解耦模型的解耦模型的分離與應(yīng)用分離與應(yīng)用（3）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析）系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（4）用）用C+編寫程序并仿真編寫程序并仿真（5）控制參數(shù)的調(diào)試）控制參數(shù)的調(diào)試 目標(biāo)11（1）實(shí)現(xiàn)航行）實(shí)現(xiàn)航行-橫傾解耦控制。橫傾解耦控制。（2）成功編寫航向）成功編寫航向-橫傾解耦控制程序，調(diào)試程序橫傾解耦控制程序，調(diào)試程序使系統(tǒng)參數(shù)達(dá)到期望值。使系統(tǒng)參數(shù)達(dá)到期望值。（3）能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。）能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 時(shí)間安排122015.11-2015.12 閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)，了解氣墊船運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型的建立以及求解方法。2016.01-2016.03 參考相應(yīng)文獻(xiàn)，建立氣墊船數(shù)學(xué)模型，并確定所用算