[发明专利]水翼双体船航向横倾控制方法及装置有效

专利信息
申请号: 201610343998.4 申请日: 2016-05-23
公开(公告)号: CN105966566B 公开(公告)日: 2017-10-27
发明(设计)人: 刘胜;许长魁;张兰勇;王宇超 申请(专利权)人: 哈尔滨工程大学
主分类号: B63B39/00 分类号: B63B39/00
代理公司: 北京酷爱智慧知识产权代理有限公司11514 代理人: 刘光裕
地址: 150001 黑龙江*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 双体船 航向 控制 方法 装置
【说明书】:

技术领域

发明具体涉及一种水翼双体船航向横倾跟踪控制方法及装置。

背景技术

水翼双体船是一种集高速双体船和水翼船优点于一身的全新概念的复合型高性能船。由于水翼提供了将船体托出水面的升力,所以水翼船克服了兴波阻力和摩擦阻力对船舶速度的限制,降低了海浪对船体的冲击,较排水量型船有良好的适航性。但由于船体被水翼的升力抬升出水面,因此在高速航行过程中,对来自风浪流的干扰缺少自稳性和鲁棒性。剧烈摇摆运动,会对航行性能产生不可忽略的影响,直接影响到其适航性;导致所配备的设备产生故障,损坏船上所装载的货物,更有甚者能够危及船舶及船员的航行安全。良好的航向保持能力会提高运营效益,增强水翼双体船的安全性,降低系统故障发生率。因此水翼双体船的航向跟踪运动控制非常重要。

目前对水翼双体船航向横倾跟踪控制的研究仅停留在动力学分析的层面。现存的控制方法多为通过状态反馈等反馈形式计算出镇定艏摇角与横摇角所需的力/力矩和襟尾翼翼角,而水翼伺服系统的动态特性却不予考虑。实质上,水翼伺服系统作为水翼双体船航向横倾跟踪控制系统的快时变内环路,其控制方法的优劣对于襟尾翼能否完美跟踪计算出的指令翼角至关重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷,本发明提供的水翼双体船航向横倾控制方法及装置,通过在现有的水翼双体船航向横倾跟踪控制方法中加入水翼伺服系统的动态特性,提高了水翼伺服系统的控制精度和抗干扰能力,保证了能够计算出更优的力/力矩和襟尾翼翼角,用于镇定艏摇角与横摇角。

第一方面,本发明提供的水翼双体船航向横倾控制方方法,包括:根据水翼双体船动态特性参数、伺服系统动态特性参数、外界干扰和伺服系统干扰,得到带有水翼伺服系统动态特性的水翼双体船航向横倾动力学模型;根据所述水翼双体船航向横倾动力学模型,得到外界干扰的估计值和伺服系统干扰的估计值;根据所述水翼双体船航向横倾动力学模型、所述外界干扰的估计值和所述伺服系统干扰的估计值,输出用于控制水翼伺服驱动器的电压控制量。

本发明实施例提供的水翼双体船航向横倾控制方法,通过在现有的水翼双体船航向横倾跟踪控制方法中加入水翼伺服系统的动态特性,提高了水翼伺服系统的控制精度和抗干扰能力,保证了能够计算出更优的力/力矩和襟尾翼翼角,用于镇定艏摇角与横摇角。

优选地,所述根据水翼双体船航向横倾动力学模型,计算得到外界干扰的估计值和伺服系统干扰的估计值,包括:根据水翼双体船航向横倾动力学模型和外界干扰,通过水翼双体船模型不确定性与海浪干扰估计器,得到外界干扰的估计值;根据水翼双体船航向横倾动力学模型和伺服系统干扰,通过水翼伺服系统干扰估计器,得到伺服系统干扰的估计值。

优选地,所述根据所述水翼双体船航向横倾动力学模型、所述外界干扰的估计值和所述伺服系统干扰的估计值,输出用于控制水翼伺服驱动器的电压控制量,包括:根据所述水翼双体船航向横倾动力学模型、所述外界干扰的估计值和所述伺服系统干扰的估计值,利用反演控制器,输出用于控制水翼伺服驱动器的电压控制量。

优选地,所述利用反演控制器,输出用于控制水翼伺服驱动器的电压控制量,包括:利用带有二阶低通滤波器的反演控制器,输出用于控制水翼伺服驱动器的电压控制量;所述反演控制器的反演过程的每一步会产生虚拟控制律,所述二阶低通滤波器用于产生所述虚拟控制率的微分,所述虚拟控制率的微分用于下一次反演过程。

优选地,所述水翼双体船动态特性参数包括:回转角速度r、横倾角速度p、横倾角φ、航向角ψ、水翼双体船高速翼航状态下的航速u0

所述伺服系统动态特性参数包括:柱翼舵舵角δR、襟尾翼翼角δA、伺服系统电压信号输入矩阵uV

所述带有水翼伺服系统动态特性的水翼双体船航向横倾动力学模型为

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