全墊升氣墊船安全航行控制方法研究.pdf

1、作為一種高性能船舶，全墊升氣墊船(Air Cushion Vehicle，ACV)的兩棲性、快速性良好，得到了世界各軍事強國密切關注和大力發(fā)展。全墊升氣墊船的船體構造、航行環(huán)境、航行狀態(tài)都與普通船舶有顯著區(qū)別，如由于墊升系統(tǒng)的存在，使得水動力學和空氣動力學與常見水面船有很大區(qū)別，具有更強的非線性和不確定性。全墊升氣墊船航行阻力小、穩(wěn)定性差，經(jīng)常伴有側滑現(xiàn)象，容易處于危險航行狀態(tài)且危險形勢發(fā)展迅速，導致發(fā)生翻船事故。因此，解決全墊升氣墊船

2、安全航行的控制問題具有重要的軍事價值和民用價值。
　　本文首先建立全墊升氣墊船六自由度運動數(shù)學模型，重點建立了影響全墊升氣墊船航行安全的墊升系統(tǒng)數(shù)學模型和氣墊興波阻力數(shù)學模型，進行了操縱性仿真與分析，為航跡向保持控制和應急控制的研究奠定基礎。然后，針對欠驅動全墊升氣墊船航跡向安全航行控制問題，提出了航跡向間接控制概念，基于根據(jù)側滑角信息，更新期望艏向的策略，應用終端滑?？刂评碚?，提出了一種基于側滑角信息，更新期望艏向的有限時間收斂

3、欠驅動全墊升氣墊船滑模航跡向安全航行控制方法。將航跡向控制轉化為艏向控制，實現(xiàn)了對期望航跡向有限時間內(nèi)的快速、穩(wěn)定跟蹤和避免出現(xiàn)影響安全的較大側滑角。通過 Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真驗證所提出控制方法的有效性。接著，針對全驅動全墊升氣墊船航跡向安全航行控制問題，提出多操縱面策略，采用力(矩)協(xié)調(diào)分配模塊，使用艏噴管提供側向力來抵消側滑角，空氣舵提供回轉力矩使航向跟蹤期望航跡向的策略。應用終端滑?？刂评碚摚?/p>

4、提出了一種有限時間收斂全驅動全墊升氣墊船滑模航跡向安全航行控制方法。實現(xiàn)了對期望航跡向有限時間內(nèi)的快速、穩(wěn)定跟蹤和消除側滑角。通過 Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了整個多操縱面控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真驗證所提出控制方法的有效性。再者，針對全墊升氣墊船航跡向工作模式下，評述影響閉環(huán)系統(tǒng)失穩(wěn)的主要因素，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡和Lyapunov穩(wěn)定性理論，提出通過獲得閉環(huán)系統(tǒng)安全限界，對全墊升氣墊船失穩(wěn)的危險狀態(tài)進行預報的方法。該方法是基于 Lyap

5、unov穩(wěn)定性理論來判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡方法確定全墊升氣墊船安全限界。得到的全墊升氣墊船穩(wěn)定區(qū)域判斷預測模型，能夠實時判斷全墊升氣墊船當前運動參數(shù)的穩(wěn)定性。并根據(jù)某船測試數(shù)據(jù)進行驗證，驗證了所提方法的合理性。最后，針對全墊升氣墊船運動參數(shù)超出相對應閉環(huán)系統(tǒng)安全限界時，基于最優(yōu)控制理論，提出使全墊升氣墊船運動參數(shù)最短時間返回到安全限界內(nèi)的應急最優(yōu)控制方法。最后，分別針對艏向、橫傾和縱傾三個狀態(tài)的安全控制問題進行仿真。仿真