全墊升氣墊船墊升姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、全墊升氣墊船作為一種特殊的現(xiàn)代船舶，因其良好的適航性和兩棲性而在多個領域尤其是軍事領域被廣泛應用。氣墊船通過墊升風機產(chǎn)生氣流，經(jīng)由圍裙通道，向船底氣室供氣，依靠氣墊產(chǎn)生的墊升壓力以支撐船體懸浮于水面或地面航行，以此減小船體和接觸面之間的阻力、增大航速可調(diào)范圍，使其具有極高的機動性。
　　但是，由于氣墊船獨特的航行機理和墊升特性，高速航行過程中，操舵改變航向，耦合作用產(chǎn)生的劇烈橫傾極易導致高速甩尾，進而引發(fā)嚴重的側滑甚至翻船事故。而

2、在復雜環(huán)境的干擾下，氣墊壓力控制不當極易導致船體低頭埋首，進而引發(fā)嚴重的撞擊和運行故障。全墊升氣墊船的這些不穩(wěn)定性多是由復雜多變的姿態(tài)造成，因此針對氣墊船墊升姿態(tài)控制的研究是十分必要的。
　　針對氣墊船各姿態(tài)之間的耦合作用，本文運用解耦控制思想消除耦合干擾。基于氣墊船運動數(shù)學模型，根據(jù)狀態(tài)空間的狀態(tài)反饋法，設計航向—橫傾解耦控制器和升沉—縱傾解耦控制器對其航行過程中的墊升姿態(tài)進行控制并進行仿真驗證，研究內(nèi)容如下：
　　首先，

3、采用了分塊建模思想建立氣墊船操縱運動數(shù)學模型。包括推進系統(tǒng)中的螺旋槳和空氣舵力學分析；墊升系統(tǒng)中的氣墊力和墊升風機壓力—流量分析；輔助系統(tǒng)中的艏噴管和側風門力學分析；綜合每個單模型產(chǎn)生的力和力矩，完成整體建模；仿真結果表明所建模型符合實船運動特性。
　　其次，根據(jù)狀態(tài)空間解耦控制理論，設計了基于狀態(tài)反饋的航向—橫傾解耦控制器。與常規(guī)的PID航向控制器相比，航向—橫傾解耦控制器不僅可以實現(xiàn)航向的預期控制，而且可以消除耦合作用的影響，

4、抑制橫傾角的劇烈變化，從而穩(wěn)定回轉率，有效控制了船體水平面姿態(tài)。
　　再次，建立了墊升系統(tǒng)數(shù)學模型，并采多維牛頓迭代法解算任意時刻氣室和風扇的壓力，并重點分析了氣墊力模型中的波浪泵氣運動。仿真結果表明所建墊升系統(tǒng)模型符合實船的壓力特性以及墊升特性。
　　最后，研究了墊升系統(tǒng)和升沉—縱傾運動的關系，設計了基于狀態(tài)反饋的升沉—縱傾解耦控制器。引入升沉阻尼和升沉穩(wěn)定性概念作為控制效果驗證指標。升沉—縱傾解耦控制器可以消除耦合作用的