[發(fā)明專利]水翼雙體船航向橫傾控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610343998.4
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN105966566B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勝;許長魁;張?zhí)m勇;王宇超
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: B63B39/00
• 分類號: B63B39/00
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11514
• 代理人: 劉光裕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種水翼雙體船航向橫傾跟蹤控制方法及裝置。

背景技術(shù)

水翼雙體船是一種集高速雙體船和水翼船優(yōu)點(diǎn)于一身的全新概念的復(fù)合型高性能船。由于水翼提供了將船體托出水面的升力，所以水翼船克服了興波阻力和摩擦阻力對船舶速度的限制，降低了海浪對船體的沖擊，較排水量型船有良好的適航性。但由于船體被水翼的升力抬升出水面，因此在高速航行過程中，對來自風(fēng)浪流的干擾缺少自穩(wěn)性和魯棒性。劇烈搖擺運(yùn)動(dòng)，會(huì)對航行性能產(chǎn)生不可忽略的影響，直接影響到其適航性；導(dǎo)致所配備的設(shè)備產(chǎn)生故障，損壞船上所裝載的貨物，更有甚者能夠危及船舶及船員的航行安全。良好的航向保持能力會(huì)提高運(yùn)營效益，增強(qiáng)水翼雙體船的安全性，降低系統(tǒng)故障發(fā)生率。因此水翼雙體船的航向跟蹤運(yùn)動(dòng)控制非常重要。

目前對水翼雙體船航向橫傾跟蹤控制的研究僅停留在動(dòng)力學(xué)分析的層面。現(xiàn)存的控制方法多為通過狀態(tài)反饋等反饋形式計(jì)算出鎮(zhèn)定艏搖角與橫搖角所需的力/力矩和襟尾翼翼角，而水翼伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性卻不予考慮。實(shí)質(zhì)上，水翼伺服系統(tǒng)作為水翼雙體船航向橫傾跟蹤控制系統(tǒng)的快時(shí)變內(nèi)環(huán)路，其控制方法的優(yōu)劣對于襟尾翼能否完美跟蹤計(jì)算出的指令翼角至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供的水翼雙體船航向橫傾控制方法及裝置，通過在現(xiàn)有的水翼雙體船航向橫傾跟蹤控制方法中加入水翼伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高了水翼伺服系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力，保證了能夠計(jì)算出更優(yōu)的力/力矩和襟尾翼翼角，用于鎮(zhèn)定艏搖角與橫搖角。

第一方面，本發(fā)明提供的水翼雙體船航向橫傾控制方方法，包括：根據(jù)水翼雙體船動(dòng)態(tài)特性參數(shù)、伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)、外界干擾和伺服系統(tǒng)干擾，得到帶有水翼伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型；根據(jù)所述水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型，得到外界干擾的估計(jì)值和伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值；根據(jù)所述水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型、所述外界干擾的估計(jì)值和所述伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值，輸出用于控制水翼伺服驅(qū)動(dòng)器的電壓控制量。

本發(fā)明實(shí)施例提供的水翼雙體船航向橫傾控制方法，通過在現(xiàn)有的水翼雙體船航向橫傾跟蹤控制方法中加入水翼伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高了水翼伺服系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力，保證了能夠計(jì)算出更優(yōu)的力/力矩和襟尾翼翼角，用于鎮(zhèn)定艏搖角與橫搖角。

優(yōu)選地，所述根據(jù)水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算得到外界干擾的估計(jì)值和伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值，包括：根據(jù)水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型和外界干擾，通過水翼雙體船模型不確定性與海浪干擾估計(jì)器，得到外界干擾的估計(jì)值；根據(jù)水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型和伺服系統(tǒng)干擾，通過水翼伺服系統(tǒng)干擾估計(jì)器，得到伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型、所述外界干擾的估計(jì)值和所述伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值，輸出用于控制水翼伺服驅(qū)動(dòng)器的電壓控制量，包括：根據(jù)所述水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型、所述外界干擾的估計(jì)值和所述伺服系統(tǒng)干擾的估計(jì)值，利用反演控制器，輸出用于控制水翼伺服驅(qū)動(dòng)器的電壓控制量。

優(yōu)選地，所述利用反演控制器，輸出用于控制水翼伺服驅(qū)動(dòng)器的電壓控制量，包括：利用帶有二階低通濾波器的反演控制器，輸出用于控制水翼伺服驅(qū)動(dòng)器的電壓控制量；所述反演控制器的反演過程的每一步會(huì)產(chǎn)生虛擬控制律，所述二階低通濾波器用于產(chǎn)生所述虛擬控制率的微分，所述虛擬控制率的微分用于下一次反演過程。

優(yōu)選地，所述水翼雙體船動(dòng)態(tài)特性參數(shù)包括：回轉(zhuǎn)角速度r、橫傾角速度p、橫傾角φ、航向角ψ、水翼雙體船高速翼航狀態(tài)下的航速u₀；

所述伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)包括：柱翼舵舵角δ_R、襟尾翼翼角δ_A、伺服系統(tǒng)電壓信號輸入矩陣u_V；

所述帶有水翼伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的水翼雙體船航向橫傾動(dòng)力學(xué)模型為