水翼艇縱向運(yùn)動建模與仿真.pdf

1、水翼艇是一種水翼支撐的高性能船,高速航行時(shí)水翼產(chǎn)生的水動升力將艇體全部或部分抬離水面。它具有阻力低、航速高、航跡興波小等特點(diǎn)。水翼艇的艇體吃水減少使其更容易受到海浪環(huán)境的干擾,產(chǎn)生劇烈的搖蕩,使水翼艇的適航性降低,暈船率增加,影響乘客的舒適度和艇員的工作效率。因此有必要對此問題設(shè)計(jì)專門的控制器。通過控制水翼后緣的襟翼產(chǎn)生控制力,降低海浪干擾對水翼艇姿態(tài)運(yùn)動的影響,從而提高水翼艇的適航性和乘員的舒適度。為此本篇論文對水翼艇的縱向運(yùn)動進(jìn)行建

2、模及其姿態(tài)控制研究。
　　建立水翼艇縱向運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型是設(shè)計(jì)控制器的前提。本論文分別對水翼艇的艇體和水翼進(jìn)行分析建立水翼艇縱向運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型。對于艇體,借助船舶輔助設(shè)計(jì)和建造軟件Maxsurf,可以快速計(jì)算水翼艇縱向運(yùn)動方程中的諸多水動力系數(shù)及艇體在規(guī)則波或不規(guī)則長峰波受到的擾動力。對于水翼受到的擾動,本文提出基于波粒子垂蕩速度誘導(dǎo)水翼有效攻角發(fā)生變化,產(chǎn)生擾動作用力模型。并利用此模型計(jì)算水翼在不同海況下受到海浪的擾動力及擾動力矩

3、。完成水翼艇縱向運(yùn)動建模之后,首先對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析;然后對水翼艇縱向運(yùn)動進(jìn)行求解,對不同有義波高海況下水翼艇的姿態(tài)運(yùn)動進(jìn)行了仿真分析。
　　為了方便應(yīng)用最新控制理論設(shè)計(jì)控制器,本文把水翼艇縱向運(yùn)動方程轉(zhuǎn)換成了狀態(tài)空間表示式的形式。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了LQR控制器和基于線性矩陣不等式(LMI)算法的魯棒H∞狀態(tài)反饋控制器。利用遺傳算法對LQR控制的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)除了考慮以傳統(tǒng)性能指標(biāo),即以減小水翼艇縱向運(yùn)動的垂蕩位移和縱