全墊升氣墊船升沉-橫傾解耦控制研究.pdf

1、全墊升氣墊船作為一種新型的高性能船舶，在民用運(yùn)輸和軍事用途方面具有重要作用。它通過墊升風(fēng)扇向船底供氣，形成高壓氣墊支撐船的重量使船懸浮在航行面之上。因此，全墊升氣墊船具有航速高、耐波性好、兩棲性等特點(diǎn)。但由于全墊升氣墊船在水面高速航行，又缺少水下回轉(zhuǎn)裝置，在回轉(zhuǎn)操縱時(shí)容易側(cè)滑，并產(chǎn)生橫傾，影響墊升性；而氣墊船在波浪中航行時(shí)，由于墊升壓力的不斷變化，在產(chǎn)生較大的垂向加速度的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生橫傾力矩，改變橫傾姿態(tài)?？傊珘|升氣墊船的升沉與橫

2、傾自由度之間總是相互耦合影響的，為了改善墊升性能，需要對(duì)全墊升氣墊船的升沉-橫傾進(jìn)行解耦控制研究。
　　本文首先建立固定坐標(biāo)系與船體運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，并通過旋轉(zhuǎn)變換得到它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了全墊升氣墊船的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。然后利用分離型建模方法得到全墊升氣墊船各個(gè)部分的力及力矩，并由動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理得到全墊升氣墊船的六自由度微分方程，建立動(dòng)力學(xué)模型。采用直航以及回轉(zhuǎn)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)建立的全墊升氣墊船數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。其次，對(duì)于復(fù)雜的墊升系

3、統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行單獨(dú)建模。它由墊升風(fēng)扇壓力-流量模型，氣墊體積變化模型，圍裙泄流量模型三部分組成。用多維牛頓迭代法求解墊升系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的氣墊壓力和風(fēng)扇壓力。并引入升沉穩(wěn)性導(dǎo)數(shù)和升沉阻尼系數(shù)對(duì)全墊升氣墊船的靜墊升性進(jìn)行分析。然后，對(duì)采用的自抗擾控制器(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)進(jìn)行了介紹，它由四個(gè)部分組成：安排過渡過程的微分跟蹤器(Tracking Differentiator,

4、TD)，擾動(dòng)估計(jì)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(Extended State Observer, ESO)，非線性誤差控制律(Nonlinear Error Feedback, NLEF)，以及最后的動(dòng)態(tài)線性補(bǔ)償。最后，將自抗擾控制技術(shù)用于多變量系統(tǒng)的解耦控制，通過對(duì)解耦過程的分析，得到了多變量系統(tǒng)自抗擾解耦控制的標(biāo)準(zhǔn)形式。將全墊升氣墊船的升沉-橫傾數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化變形后，也將其轉(zhuǎn)化成符合自抗擾解耦控制的標(biāo)準(zhǔn)形式，然后利用ADRC對(duì)全墊升氣墊船的升沉