[發明專利]一種高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法

在審

• 申請號: 202110107925.6
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112926276A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 杜尊峰;慕旭亮;段鑫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F30/23;G06K9/62;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 肖莉麗

1.一種高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟1，根據目標兩棲車和壓浪板模型建立車輛靜水高速直航運動仿真模型；

步驟2，根據車輛縱向穩定性的影響因素，在各影響因素的變動范圍內選取樣本點，采用步驟1建立的所述車輛靜水高速直航運動仿真模型計算得到高速下的車輛縱向運動參數時歷，利用所述車輛縱向運動參數時歷分析得到穩定性數值特征，將各樣本點及其對應的所述穩定性數值特征組合建立分類識別數據庫；

步驟3，利用支持向量機分類識別方法對步驟2所建立的分類識別數據庫進行分類識別，得到目標分類結果；

步驟4，使用步驟3得到的目標分類結果作為高速運動下車輛縱向穩定性的判別依據，控制車輛壓浪板角度的調節，完成高速下車輛穩定性的控制調節。

2.根據權利要求1所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，所述步驟2包括下述步驟：

步驟2.1，將重心縱向位置參數l_xg、體積傅氏數Fr_▽和壓浪板的下旋角度α作為車輛縱向穩定性的影響因素，根據各影響因素變動的范圍，建立車輛縱向運動穩定性的參數設計空間；

步驟2.2，采用拉丁超立方抽樣方法在步驟2.1所建立的所述車輛縱向運動穩定性的參數設計空間內抽取樣本點參數形成一次輸入參數集；

步驟2.3，將所述一次輸入參數集中的樣本點參數分別輸入步驟1所述的車輛靜水高速直航運動仿真模型進行計算，得到一次仿真輸出結果，即收斂后的車輛縱搖角時歷θ(t)與升沉時歷z(t)；

步驟2.4，根據步驟2.3所得的一次仿真輸出結果得到一次輸入參數集各樣本點對應的穩定性數值特征；

步驟2.5，將所述一次輸入參數集中的各個樣本點及其對應的穩定性數值特征組合得到所述分類識別數據庫。

3.根據權利要求2所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，所述步驟2.4中的所述穩定性數值特征為：若樣本點對應輸出的縱搖角時歷θ(t)與升沉時歷z(t)均不具有特定頻率的振蕩，即判定該樣本點對應的車輛運動姿態保持穩定，記該樣本點對應的穩定性數值特征為‘1’，否則記為‘-1’。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，所述步驟3包括下述步驟：

步驟3.1，以步驟2所建立的分類識別數據庫為對象，采用基于線性核函數的支持向量機模型進行分類學習，得到初始分類超平面；

步驟3.2，在所述初始分類超平面上隨機選取樣本點組成二次輸入參數集，將所述二次輸入參數集中的樣本點參數輸入所述車輛靜水高速直航運動仿真模型，輸出二次仿真結果，根據所述二次仿真結果得到所述二次輸入參數集中的各個樣本點對應的穩定性數值特征，并將所述二次輸入參數集中的各個樣本點及其對應的穩定性數值特征納入所述分類識別數據庫；

步驟3.3，以步驟3.2所得分類識別數據庫的樣本點及其對應的穩定性數值特征為對象，采用基于多項式核函數的非線性支持向量機模型，進行二次分類識別，得到二次分類超平面，將所述二次分類超平面向具有穩定特征的數據一側平移，得到目標分類超平面，并將所述目標分類超平面的方程作為分類結果。

5.根據權利要求4所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，所述步驟4包括下述步驟：

步驟4.1，將所述目標分類超平面的方程輸入車輛的穩定性控制模塊，作為壓浪板角度調節的依據；

步驟4.2，將重心縱向位置參數l_xg以及實時監測的航速結果換算的體積傅氏數Fr_▽參數一起代入所述目標分類超平面的方程，計算得到壓浪板的目標下旋角度α,并輸出控制信號給壓浪板調節裝置；

步驟4.3，所述壓浪板調節裝置根據所得目標下旋角度控制壓浪板進行旋轉動作，完成高速下車輛航行穩定性的控制調節。

6.根據權利要求1所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，將車輛在實際航行中關于航行穩定性的有效樣本數據作為補充添加到所述分類識別數據庫中，重復步驟3-步驟4，完成高速下車輛航行穩定性的控制調節。

7.根據權利要求1所述的高速兩棲車海豚運動穩定性智能控制方法，其特征在于，所述步驟1包括下述內容：

創建伴隨兩棲車運動的重疊區域和模擬運動環境的背景區域，車輛表面網格尺寸取車輛長度的1‰，表面Y+值取50進行網格劃分，區域界面之間插值使用“加權距離”屬性；

基于RANSE方程進行流體的連續性與動量守恒控制，引入剪切應力傳輸k-ω兩方程湍流模型，使得控制方程封閉可解，采用有限體積法進行控制方程的離散，其中對流項使用“二階迎風”插值格式，擴散項的離散采用“中心差分”格式；

車輛的運動開放縱搖與升沉兩自由度，基于車輛質心平移及圍繞質心旋轉的流體動力與自身重力的平衡求解兩自由度的運動狀況；

基于庫朗數等于0.5的準則確定迭代時間步長，并采用Simple分離式算法進行求解，得到車輛的縱搖與升沉時歷結果。