噴水推進船舶的航向-航速控制研究.pdf

1、隨著噴水推進技術和噴水推進器制造技術的發(fā)展，采用噴水推進器作為船舶動力的船只越來越多，所包含的船型也越來越廣，在軍事領域以及民用領域得到了成功的應用。因此關于噴水推進船舶的控制技術也逐漸吸引了該領域研究人員的高度重視。本文以噴水推進船舶為研究對象，開展了航向和航速綜合控制技術的研究工作。 首先，論文針對噴水推進器矢量推力模型及船舶運動模型進行了研究，在分析推力影響因素、采用能量守恒和動量定理建立推進器推力與船舶航速和水泵轉速的關

2、系、分析推進器噴口角度和倒車斗作用的影響基礎上，建立推力矢量模型；在分析船舶水動力、噴口轉動特性及水泵轉速調(diào)節(jié)特性的基礎上，建立了船舶運動模型。 其次，利用推力矢量模型和船舶運動模型，分析了噴口角度變化和水泵轉速變化對船舶縱向推力損失和轉向力矩損失的影響，得到不同推力、不同噴口轉角與船舶的轉向速度、橫傾角度和航速變化的關系，通過限制轉向過程中的橫傾角度，給出船舶安全機動時的噴口轉動角度。 再次，開展了航向、航速分離控制方

3、法的研究，將系統(tǒng)分解為航向、航速獨立控制回路，將相互耦合關系作為各回路的擾動，并利用攝動理論簡化了系統(tǒng)模型，考慮噴角轉動特性和水泵轉速調(diào)節(jié)特性使航速和航向控制系統(tǒng)具有不匹配不確定特性，利用反步設計方法對處理不匹配系統(tǒng)具有的優(yōu)越性，設計了滑模變結構控制和反步設計相結合的控制方法，實現(xiàn)了航向的控制。在航速控制中，將反步法與動態(tài)逆相結合，解決了反步設計過程中虛擬控制量導數(shù)求解困難的問題，有效實現(xiàn)了航速的控制;開展了航向、航速綜合控制方法的研究

4、，將航向和航速模型組成雙輸入雙輸出耦合系統(tǒng)，針對有界干擾和未知參數(shù)的影響，設計了反步控制器，實現(xiàn)了航向航速的解耦控制；并針對航向、航速綜合控制方法，采用滑模控制解決了系統(tǒng)的建模不確定性和干擾問題，并減少了參數(shù)調(diào)節(jié)量，降低了參數(shù)確定難度，運用積分濾波器替代控制規(guī)律中的虛擬控制量導數(shù)求取，減少了設計計算量，應用神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)對噴水推進器的縱向推力和轉向力矩的動態(tài)逆求解，不僅提高了控制模型準確性，而且減少了噴水推進器對系統(tǒng)造成的不確定性的影響。