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全垫升气垫船航迹向控制专家系统研究

作　者: 梁媛
导　师: 付明玉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 气垫船航迹向控制专家系统反步法知识库人机界面
分类号: U664.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

全垫升气垫船是采用空气推进器推进并且船体全部由气垫支撑与水(地)面完全脱离的高性能船舶,它具有独特的水陆两栖性。在气垫船的航行过程中,自动驾控只占很小的一部分,其安全航行很大程度上取决于驾驶员的操纵水平和熟悉度,专家系统可以很好的应用在气垫船的控制中。特别是当气垫船从一点行驶到另一点时,航迹向控制就显得尤为重要,因此有必要研究气垫船的航迹向控制。国内外对气垫船航迹向控制的研究几乎没有,本文首次采用专家系统实现对气垫船航迹向的控制。本文以某型气垫船为研究对象,设计了基于规则的气垫船航迹向控制专家系统,具体的研究内容如下：首先,建立全垫升气垫船四自由度运动数学模型。对全垫升气垫船的各个模块进行建模,固定坐标系下根据动量定理和动量矩定理列出全垫升气垫船四自由度运动方程,将其转换到适合于表达水动力的运动坐标系中,完成了气垫船四自由度运动仿真模型的建立,并通过直航特性和回转特性等仿真实验验证了模型的正确性。其次,设计了基于Visual C++的全垫升气垫船航迹向控制专家系统。气垫船航迹向控制专家系统是由知识库、推理机、动态数据库和人机界面等多个模块组成。根据气垫船操纵员驾驶经验和航迹向保持实验数据等建立基于规则的知识库,介绍了常用的推理方式和冲突消解策略,研究了推理机和知识库之间的关系,并对气垫船航迹向控制专家系统的推理机制进行了详细的论述,设计和开发了气垫船航迹向控制专家系统的良好的人机界面,用户可以通过人机界面进行目标参数设置以及其它数据的输入,并将最终的控制结果实时的显示出来,设计了数据库管理模块用来存储、管理数据,并实现各个功能模块之间的通讯。再次,实现了底层控制器的设计。鉴于传统的PID控制很难快速并且稳定的达到预定的航迹角设定值,因此设计基于风前馈的自适应反步法控制器作为专家系统的底层控制部分,其稳态性能和控制精度都基本令人满意,实现了对气垫船运动方向的精确控制。最后,为了验证所建立的专家系统的正确性,建立一个和气垫船航行控制时的真实环境尽可能保持一致仿真验证环境,利用气垫船航迹向控制专家系统,进行不同环境风干扰试验,通过上述试验验证了设计的航迹向控制专家系统的实用性和可靠性。

全垫升气垫船航迹向控制专家系统研究

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