噴水推進(jìn)船舶的航向-航速控制研究.pdf

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

2、系、分析推進(jìn)器噴口角度和倒車斗作用的影響基礎(chǔ)上，建立推力矢量模型；在分析船舶水動(dòng)力、噴口轉(zhuǎn)動(dòng)特性及水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)特性的基礎(chǔ)上，建立了船舶運(yùn)動(dòng)模型。 其次，利用推力矢量模型和船舶運(yùn)動(dòng)模型，分析了噴口角度變化和水泵轉(zhuǎn)速變化對(duì)船舶縱向推力損失和轉(zhuǎn)向力矩?fù)p失的影響，得到不同推力、不同噴口轉(zhuǎn)角與船舶的轉(zhuǎn)向速度、橫傾角度和航速變化的關(guān)系，通過限制轉(zhuǎn)向過程中的橫傾角度，給出船舶安全機(jī)動(dòng)時(shí)的噴口轉(zhuǎn)動(dòng)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(dú)立控制回路，將相互耦合關(guān)系作為各回路的擾動(dòng)，并利用攝動(dòng)理論簡(jiǎn)化了系統(tǒng)模型，考慮噴角轉(zhuǎn)動(dòng)特性和水泵轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方法對(duì)處理不匹配系統(tǒng)具有的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制和反步設(shè)計(jì)相結(jié)合的控制方法，實(shí)現(xiàn)了航向的控制。在航速控制中，將反步法與動(dòng)態(tài)逆相結(jié)合，解決了反步設(shè)計(jì)過程中虛擬控制量導(dǎo)數(shù)求解困難的問題，有效實(shí)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(duì)有界干擾和未知參數(shù)的影響，設(shè)計(jì)了反步控制器，實(shí)現(xiàn)了航向航速的解耦控制；并針對(duì)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(yùn)用積分濾波器替代控制規(guī)律中的虛擬控制量導(dǎo)數(shù)求取，減少了設(shè)計(jì)計(jì)算量，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴水推進(jìn)器的縱向推力和轉(zhuǎn)向力矩的動(dòng)態(tài)逆求解，不僅提高了控制模型準(zhǔn)確性，而且減少了噴水推進(jìn)器對(duì)系統(tǒng)造成的不確定性的影響。