[发明专利]一种气垫船航行安全性的协调控制方法

摘要

本发明涉及一种采用双通道控制的气垫船航行安全性的协调控制方法。本发明包括：通过姿态传感器测量气垫船的航行状态参数信息；将状态参数信息及操纵机构信息转换为数字信号；根据期望航向角和反馈的气垫船实际航向角计算出航向偏差；舵控制器解算并输出控制信号；喷管控制器解算并输出控制信号；计算协调后的控制量；控制气垫船运行到期望工况下。本发明在协调控制过程中，两种控制器同时工作，舵控制器完成航向跟踪任务，喷管控制器则对气垫船的横倾进行控制，通过执行机构作用于运动模型，最终提高气垫船运动的安全性。

主权项

1.一种气垫船航行安全性的协调控制方法，其特征在于：（1）通过姿态传感器测量气垫船的航行状态参数信息，包括航向角、横倾角，通过角度传感器测量气垫船的操纵机构信息，包括空气舵角，喷管旋转角度；（2）将状态参数信息及操纵机构信息转换为数字信号，通过串口送入气垫船驾控系统计算机；（3）根据期望航向角和反馈的气垫船实际航向角计算出航向偏差，输入给舵控制器，根据气垫船安全限界设定的期望横倾角和反馈的气垫船实际横倾角计算出横倾偏差，输入给喷管控制器；（4）舵控制器解算并输出控制信号：计算误差变量z₁和z₂，z1=ψ-ψdz2=z·1-a1,]]>其中ψ_d为期望航向角，ψ为反馈的气垫船实际航向角，a₁为虚拟控制量，a₁＝-c₁z₁，c₁为设定的大于0的常数；计算滑模面σ，σ＝k₁z₁+z₂，k₁为设定的大于零的常数；计算边界层函数sat(σ)：sat(σ)=-1σ<-φσ/φ|σ|≤φ1σ>φ]]>其中，φ＞0，表示边界层的厚度；计算控制量并输出控制信号：u1=kc2[-k1(z2-c1z1)+ψ··d+a·1-h(σ+βsat(σ))]]]>-kc1v·-kc3(z2+ψ·d+a1)-F^sat(σ),]]>其中，k_c1～k_c3均表示气垫船模型试验系数，h和β为正常数，为系统所受扰动的最大估计值；（5）喷管控制器解算并输出控制信号：计算误差变量z₃和z₄，z3=θ-θdz4=p-α1,]]>其中θ表示气垫船的横倾角，θ_d表示期望横倾角，为气垫船的横倾角速度，z₃为横倾角误差，α₁为虚拟控制量；取虚拟控制量：α1=-c2z3+θ·d]]>其中c₂为正常数，选取控制律为：u2=Ix(α·1-z3-c3z4)-F]]>其中，c₃为大于零的常数，F代表系统中扰动项的最大估计值；（6）以舵控制器和喷管控制器的输出作为输入量，同时将空气舵产生的横倾力矩b₁及旋转喷管产生的回转力矩b₂引入到协调器中，计算协调后的控制量：将空气舵舵角表示为δ，产生的横倾力矩b₁为：b₁＝2*S_r*[C_ry0(δ)*P_duct0+C_ry1(δ)*P_duct1]*z_r其中，S_r表示舵受力面积，C_ry(δ)表示舵力系数，该系数的值由舵角δ决定，P_duct表示舵上动压头，下标0与1分别表示两空气舵其中的一个，z_r表示空气舵的垂向安装位置；喷管角表示为产生的回转力矩b₂为：其中，T_n表示喷嘴产生的推力，x_n表示喷管的水平安装位置；计算协调后的控制量：u1′=u1-b2u2′=u2-b1]]>其中，u₁为舵控制器的输出量，u₂为喷管控制器的输出量，b₁为空气舵反馈回的横倾力矩，b₂为旋转喷管反馈回的回转力矩，u₁′为协调后空气舵控制量，u′₂为协调后旋转喷管控制量；（7）将协调器调整后的控制量输出，作为执行机构空气舵与旋转喷管的动作指令，控制气垫船运行到期望工况下。