高速滑行艇运动控制研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:enidzhangjuan
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近年来、人们对高速滑行艇的兴趣不断增长。由于具有体积小、速度快、机动性强、操作灵活等优点、其可以为国家的发展和人们的日常生活带来便利。在游艇、运输等民用和军用领域对高速滑行艇有巨大的需求。提高滑行艇的安全性、快速性、稳定性、经济性和可操作性始终是一个重要的研究方向。随着计算机技术的发展、速滑行艇的设计和控制方法的研究从未停止过。高速滑行艇已成为许多国家的新趋势。结合先进的快艇原理、控制技术和自动化设备、可以提供先进的军事装备、这也是许多发达国家和发展中国家争相开发高速滑行艇技术的原因。高速滑行艇的优势将为军队在未来的发展方向带来新的发展方向。然而、高速滑行艇在我国的应用远远不如欧美、因此是一个研究热点的研究对象。
  本文首先建立了高速滑行艇的惯性坐标系和附体坐标系、并给出了坐标转换关系。在此基础上、导出了滑行艇的六自由度运动方程。根据MMG模型、把滑行艇的受力分解为惯性流体动力学、粘性流体动力学、恢复力、升力、阻尼力、螺旋桨力和舵力。在仔细分析了各种水动力的成因和测量方法后、直接给出了流体动力学的数学估算公式。同时、研究了螺旋桨推进力和舵力的数学计算模型。建立了静水中滑行艇的运动数学模型。研究了海风干扰模型、并将其叠加在静水中的滑行艇的六自由度运动数学模型中、建立了海风下滑行艇运动的数学模型、研究在海风扰动下滑行艇的操纵特性。
  然后、简化了上述模型、建立了高速滑行艇五自由度运动的数学模型、用MatlabS-函数编程实现了该模型。在Simulink环境下分别对静水与海风干扰下滑行艇的开环运动特性进行了仿真、验证了模型及参数的合理性。
  本文设计了基于常规的PID航速航向控制器、并在其基础上设计了传统的RBF神经网络的航速航向控制器。继而、设计了自适应的RBF神经网络控制器、进行了仿真、仿真结果表明自适应的RBF神经网络控制器具有更快的动态响应过程和更好的稳态特性。
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