[发明专利]一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法

说明书

本发明属于船舶领域，公开了一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，包含如下步骤：步骤(1)：获得气垫船当前的位置和当前的艏向角，计算出气垫船的位置偏差和艏向角偏差；步骤(2)：采用PID控制器，将位置偏差信号传递给航迹控制器，将艏向角偏差信号传递给航向控制器；步骤(3)：对遗传算法中的选择算子和交叉规则进行改进，使用改进后的遗传算法对航迹控制器和航向控制器进行参数寻优；步骤(4)：添加故障补偿环节对串接链控制分配模块进行改进，将进行参数寻优后的航迹控制器和航向控制器的输出指令传递到改进后的串接链控制分配模块进行舵桨推力分配。本发明克制了早熟现象，避免了出现局部最优解的问题，提高了可靠性。

技术领域

本发明属于船舶领域，尤其涉及一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法。

背景技术

气垫船，是指一种利用表面效应原理，依靠高于大气压的空气在船体与支撑面间形成气垫，使船体全部或部分脱离支撑面航行的高速船舶。按产生气垫的方式,可分为全垫升气垫船和侧壁式气涂船两种。气垫船多用轻合金材料制成，船上装有鼓风机和轻型柴油机或燃气轮机等产生气垫和驱动船舶前进的动力装置，并有空气螺旋桨或水螺旋桨、喷水推进器等推进器。由鼓风机产生的高压空气，通过管道送入船底空腔的气室内形成气垫托起船体，并由发动机驱动推进器使船贴近支撑面航行。气垫船的航行阻力很小，可使航速高达60～80km/h。目前，多用作髙速客船、交通艇、货船和渡船，尤其适合在内河急流、险滩和沼泽地使用。

气垫船具有许多优良的特性，它航速快、声场磁场压力场小、隐蔽性好、适应性强等，尤其适于在登陆作战中作为登陆输送工具使用。但也存在一些不足，主要是航程较短、耗油量大、经济效益较低等。在军事中，常用作输送登陆兵、扫雷破障、搭载武器平台的工具。

气垫船的缺点是耐波性较差，在风浪中航行失速较大。气垫船船身一般用铝合金、高强度钢或玻璃钢复合材料制造；动力装置用航空发动机、高速柴油机或燃气轮机；船底围裙用高强度尼龙橡胶布制成，磨损后可以更换。

在海上航行时，需要通过不同操纵面的组合控制使船舶在一个预设的航迹下航行。为了保持船舶航行的有效性、安全性，操作员必须将船舶实时所在的位置及时掌握，根据船舶的预定航迹、当前所处的位置、航向等来确定实际与期望的舵角差，将指令信号传递至舵控制系统中，将计算得出的力矩分配到不同操纵面，引导船舶进入期望航迹。为了提高动态性能，利用改进后的遗传算法在各个采样时间对PID参数进行整定，一方面可以降低船舶操作的门槛，另一方面能够降低航行过程中的人力物力消耗。串接链分配方法首先对优先级较高的操纵面进行控制分配，当空气舵舵角偏转达到饱和时，通过空气螺旋桨和侧风门进行辅助控制。按照逐级递减的规则能够最大限度利用空气舵。

施小成、刘振业、付明玉、王成龙等人提出“灰色预测GA-PID全垫升气垫船航向控制”，采用灰色预测的GA-PID方法,利用遗传算法在每个采样时间对PID参数进行在线优化整定,同时利用灰色误差预测可以准确预测误差的实时变化趋势,以误差预测值进行PID控制可以起到一种超前控制的作用。遗传算法在线整定PID,就是针对每个采样时间实现PID控制参数的遗传算法优化。在采样时间k,选取足够多的个体,计算不同个体的适应度。通过遗传算法的寻优,选择自适应度大的个体所对应的PID控制参数作为采样时刻下的控制参数。但没有考虑早熟的问题，使得容易出现局部最优解，降低了航迹控制的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于公开跟踪精度高、可靠性高的一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种气垫船航迹保持舵桨协同控制与分配方法，包含如下步骤：

步骤(1)：从气垫船上的GPS和电罗经获得气垫船当前的位置和当前的艏向角，再将当前的位置、当前的艏向角和预设的位置、预设的艏向角作差值，计算出气垫船的位置偏差和艏向角偏差；