波浪中全垫升气垫船垫升压力控制方法研究

摘要

全垫升气垫船作为一种两栖性的交通工具，不仅可以在水面上行驶，也可以在一些表面上比较规则的陆地上行驶。因为气垫船(Air Cushion Vehicle，ACV)在水面上行驶时，会和水面形成一层空气气垫，因此气垫船在水面上行驶时水面阻力会大大的减小，相对于其它水面上行驶的船舶，它的机动性，快速性更加的明显。所以近年来在各个国家使得它在军用与民用两方面都得到了高度的重视。但是也正是因为气垫船有了垫升系统的存在，所以才使得它的空气动力等模型与其它水面船舶不同，稳定性非常不好。在这期间，经常伴有侧漂的现象，易处在危险驾驶的状态。由于水面上波浪的影响，使得气垫船的气室发生泄流，改变垫升压力，使船体在垂直方向上合外力发生变化，升沉加速度太大，造成乘员乘坐感到极度的不适，并且造成机座、管路、座椅等设备和装置的损坏。所以若不采取一些有效的方法，就会造成升沉加速度的突变。造成上述行驶过程中的安全隐患。所以气垫压力的稳定与否对船体的可操纵有很重大的意义。
　　本研究首先建立六自由度运动模型，并且进行大地和船舶坐标系之间的转换。在此基础上对船体的受到的空气动力、受到的水动力、垫升风机、空气舵、还有螺旋桨等其它的模型分别进行建模。然后分别进行直航运动实验和回转运动实验，通过它们的正确性与否来证实船模的正确与否。然后在上述基础之上再建立垫升模型。建立每一个气室的泄流量方程，气室之间的泄流量方程，建立压力流量方程。最后通过仿真气垫船的垫升压力是否符合实际情况，证名气垫船垫升系统正确与否。在这之后基于以上的各种模型，设计一个神经网络PID控制器，来控制船体的垫升压力。从而让其升沉加速度变小，进而让系统达到稳定。最后用神经网络 PID控制之后的垫升压力和没有施加任何控制器的垫升压力进行比较。通过对比前后两次压力结果来证明所设计的神经网络PID的正确性和可实用性。

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第1章 绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2国内外研究情况

1.3 全垫升气垫船垫升系统的工作原理

1.4本文研究的内容与章节安排

第2章 气垫船六自由度运动模型

2.1全垫升气垫船坐标系的建立

2.2 空气动力学模型

2.3 水动力数学模型

2.4 执行机构的数学模型

2.5 静态力平衡方程

2.6 全垫升气垫船动力数学模型

2.7 气垫船运动模型的仿真验证

2.8 本章小结

第3章 全垫升气垫船垫升系统模型

3.1垫升系统的流量压力关系

3.2 气垫船垫升压力的算法

3.3垫升压力的仿真

3.4 本章小结

第4章 垫升压力的控制方法研究和仿真

4.1外部环境影响垫升压力

4.2改变垫升压力大小的方法

4.3 PID方法控制垫升压力

4.4神经网络理论的基础

4.5 神经网络PID控制器设计

4.6垫升压力控制仿真结果

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢