隨著科技的進(jìn)步與不斷的發(fā)展,陸地上的資源已經(jīng)無法再滿足人類的需求。海洋本身是擁有豐富資源的寶庫,已經(jīng)引起了人類的重視。隨著對海洋探索的不斷深入,普通型船舶的能力已無法承擔(dān)所有的探索項(xiàng)目,所以出現(xiàn)了高性能船舶。氣墊船正是高性能船舶,具有較高的航行速度、運(yùn)輸能力和環(huán)境適應(yīng)力。全墊升氣墊船的適用條件雖然比普通船舶普遍,但因其自身水動阻力小,使得在其高速航行時更易受到環(huán)境干擾力的影響。并且全墊升氣墊船無法通過橫傾產(chǎn)生的向心力進(jìn)行回轉(zhuǎn),而且沒有水下回轉(zhuǎn)設(shè)備導(dǎo)致了其回轉(zhuǎn)向心力不足,這都會導(dǎo)致氣墊船回轉(zhuǎn)半徑增大。而復(fù)雜多變的航行海域條件和高速的航速,都會加大駕駛員的控制難度,容易導(dǎo)致側(cè)滑、甩尾和翻船的危險(xiǎn)情況。所以,關(guān)于氣墊船的安全航行成為了一個重要的研究領(lǐng)域。本文以氣墊船為研究對象,具體研究過程如下:首先,建立固定與運(yùn)動坐標(biāo)系。根據(jù)對某型氣墊船的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型。其中主要有全墊升氣墊船動力學(xué)模型和環(huán)境海浪模型。動力學(xué)模型由水動力模型、空氣動力模型、操縱面模型、氣墊力模型等組成。通過對各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型組合,建立完整的六自由度氣墊船模型,并通過仿真驗(yàn)證該模型的合理性。其次,考慮到氣墊船航行中會受到自身系統(tǒng)和外界干擾的噪聲影響,使得氣墊船傳感器測得的運(yùn)動數(shù)據(jù)包含噪音,存在異常值。所以采用數(shù)據(jù)預(yù)處理方式剔除野值,并使用改進(jìn)后的小波閾值函數(shù)濾除噪聲,平滑數(shù)據(jù)。采用實(shí)測數(shù)據(jù)仿真驗(yàn)證該方法的有效性。再次,采用集成預(yù)測方法對氣墊船運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測,本文采用了灰色系統(tǒng)理論和改進(jìn)Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的集成預(yù)測方法。通過仿真實(shí)驗(yàn)證明,該方法可以準(zhǔn)確的對氣墊船航行中的運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。最后,針對氣墊船的安全航行問題,對其運(yùn)動參數(shù)提出約束、設(shè)定安全限界。將氣墊船模型進(jìn)行簡化,并基于該模型設(shè)計(jì)滑�？刂破�,將該控制器與集成預(yù)測模型相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對氣墊船的約束控制,提升其安全航行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.943;U676.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒 論為推進(jìn)器，航速可以達(dá) 70 節(jié)，貨物載重量為 60 噸。作海軍已經(jīng)擁有了 91 艘，并且在日本地區(qū)還布置了 6 艘美國海軍僅僅使用了 20 艘氣墊登陸船、55 航次，就將的戰(zhàn)略物資運(yùn)送上岸，充分體現(xiàn)了氣墊船在登陸戰(zhàn)斗里然在不遺余力的進(jìn)行新型號氣墊船的開發(fā)，已經(jīng)將新概以上，同時提出了用與掃雷、反潛護(hù)航、導(dǎo)彈發(fā)射、冰

除了氣墊船的控制方式外，控制過程中的控制器和導(dǎo)引算法也同樣重要Koichi OSUKA 提出采用多節(jié)控制，并成功改善墊升系統(tǒng)控制效果。同時，他討了將協(xié)調(diào)控制應(yīng)用于氣墊船，減小了氣墊船各個組成部分間的影響，提升了可控制性[42; 43]。Antrjnio Pedro Aguiar 等人提出采用反步法設(shè)計(jì)控制環(huán)節(jié)，并證對曲線路徑的跟蹤控制[44]。2002 年，Hebertt Sira-Ramirez 則使用二階動態(tài)滑自抗擾控制兩種方式對氣墊船進(jìn)行操縱，仿真實(shí)驗(yàn)證明了這兩種方法的有效性現(xiàn)氣墊船的穩(wěn)定航跡控制[45]。2003 年，Antonio Pedro Aguiar 再一次的使用了器，并使用自抗擾與之相結(jié)合。在完成了氣墊船的仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，成功的降擾動對氣墊船穩(wěn)定性的影響[46]。2011 年 M.M.EI-khatib 在氣墊船航跡控制環(huán)節(jié)控制方法，實(shí)現(xiàn)氣墊船的航跡控制與避障[47]。2015 年 Gerasimos 等人通過選擇原理方法，構(gòu)建了無導(dǎo)數(shù)非線性卡爾曼濾波器這一新的濾波器。成功的解決了靜態(tài)反饋線性化的問題，實(shí)現(xiàn)了氣墊船穩(wěn)定的航跡控制[48]。國內(nèi)方面，對于氣跡控制也同樣進(jìn)行深入的研究。1995 年吳瀚聲等提出專家控制系統(tǒng)，該方法可對氣墊船進(jìn)行升沉控制，提升了氣墊船的穩(wěn)定性[49]。2005 年黃勇、邊信黔等模糊控制策略相組合，完成氣墊船的航向控制[50]。2011 年施小成等人采用遺

第 2 章 全墊升氣墊船運(yùn)動數(shù)學(xué)模型第 2 章 全墊升氣墊船運(yùn)動數(shù)學(xué)模型描述氣墊船本身的結(jié)構(gòu)原理與航行特點(diǎn)，導(dǎo)致其船模與傳統(tǒng)船舶模型不墊升氣墊船模型。傳統(tǒng)情況中，一般的水面艦艇的水平方向的控制數(shù)學(xué)模型。但是因?yàn)闅鈮|船可能存在由側(cè)滑導(dǎo)致的翻船情況等危險(xiǎn)傾狀態(tài)進(jìn)行研究。并且在氣墊船適航性方面，需要對其縱向的升沉在本章將創(chuàng)建全墊升氣墊船的六自由度數(shù)學(xué)模型。升氣墊船運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)模型定坐標(biāo)系及運(yùn)動坐標(biāo)系

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本文編號：2818002