一种气垫船航迹向控制方法及控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种气垫船航迹向控制方法及控制系 统。
【背景技术】
[0002] 气垫船是采用空气推进器推进、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，其缺点是可操控性较差。现有技术中，主要是依 靠人工观察气垫船的空间运动参数，直接操纵气垫船的多种执行机构来实现对气垫船的操 纵。
[0003]由于气垫船在风浪中航行时稳定性较差，航向和姿态较难控制，容易发生偏航与 侧漂，同时气垫船围裙系统在高速航行时湿水较大，容易产生突然缩进的失稳现象。操纵不 当，气垫船可能会发生高速回转、侧滑等问题，致使出现了很多埋首、翻船等事故。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种气垫船航迹向控制方法及控制系统，以提高对气垫船 的操纵性，降低事故的发生率。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种气垫船航迹向控制方法，包括：
[0006] 建立用于模拟气垫船航行轨迹的数学模型；所述数学模型包括作用于气垫船航行 的外力参数、气垫船的艏向角以及气垫船的航迹角；
[0007] 获取当前作用于气垫船航行的目标外力参数值；
[0008] 确定当前气垫船航行所需的目标航迹角值；
[0009] 根据所述数学模型，对气垫船进行调整，以使在当前的目标外力参数值的作用下， 气垫船按照确定的所述目标航迹角值进行航行。
[0010] 优选地，所述建立用于模拟气垫船航行轨迹的数学模型，包括：
[0011] Si:建立气垫船在各个外力参数的作用下的合力的公式：
[0013] 其中，Fx用于表征气垫船所受到的在X轴方向的力；Fy用于表征气垫船所受到的 在y轴方向的力；MX用于表征绕X轴的力矩；MZ用于表征绕z轴的力矩；a用于表征空气动 力；h用于表征水动力；p用于表征螺旋桨力；R用于表征舵力；g用于表征重力；
[0014] S2 :建立气垫船的四自由度运动微分方程组：
[0016]其中，Iz用于表征气垫船绕z轴的惯性矩；Ix用于表征气垫船绕x轴的惯性矩；m用于表征气垫船的质量；u用于表征气垫船的纵向速度；V用于表征气垫船的侧向速度； r用于表征气垫船的转首角速度；p用于表征气垫船的横摇角速度；☆用于表征气垫船的纵 向加速度；用于表征气垫船的侧向加速度；声用于表征气垫船的横摇加速度；f用于表征 气垫船的转首角加速度。
[0017] 优选地，进一步包括：根据气垫船在各个外力参数的作用下的合力以及气垫船的 四自由度运动微分方程组，确定大地坐标系和船体坐标系之间速度关系如下式所示：
[0019] 其中，巾用于表征气垫船的航迹角；也用于表征气垫船的艏向角；#用于表征气 垫船的航迹角速度；#用于表征气垫船的艏向角速度；共用于表征气垫船X轴方向的速度； 九用于表征气垫船y轴方向的速度。
[0020] 优选地，进一步包括：通过如下语句，设定气垫船在实际航行时的控制规则，并在 确定气垫船存在如下条件时，利用所述控制规则执行所述对气垫船进行调整的操作：
[0021] IF〈条件DAND〈条件 2>AND......AND〈条件n>
[0022] THEN〈结论DAND〈结论 2>AND......AND〈结论n>。
[0023] 优选地，所述设定气垫船在实际航行时的控制规则，包括：
[0024]IF回转率AND回转率超过安全限界时，THEN控制舵角调整归零；
[0025]和 / 或，
[0026]IF舵角超过30°的绝对值时，THEN控制舵角调整为30°或-30°;
[0027]和 / 或，
[0028]IF低速时，THEN采用舵和螺旋桨共同控制气垫船；
[0029]和 / 或，
[0030]IF高速时，THEN采用舵对气垫船进行转向控制。
[0031] 第二方面，本发明提供了一种气垫船航迹向控制系统，包括：
[0032] 建立单元，用于建立用于模拟气垫船航行轨迹的数学模型；所述数学模型包括作 用于气垫船航行的外力参数、气垫船的艏向角以及气垫船的航迹角；
[0033] 获取单元，用于获取当前作用于气垫船航行的目标外力参数值；
[0034] 确定单元，用于确定当前气垫船航行所需的目标航迹角值；
[0035] 调整单元，用于根据所述数学模型，对气垫船进行调整，以使在当前的目标外力参 数值的作用下，气垫船按照确定的所述目标航迹角值进行航行。
[0036] 优选地，所述建立单元，具体用于通过如下方式用于模拟气垫船航行轨迹的数学 丰旲型：
[0037] 建立气垫船在各个外力参数的作用下的合力的公式：
[0039] 其中，Fx用于表征气垫船所受到的在X轴方向的力；Fy用于表征气垫船所受到的 在y轴方向的力；MX用于表征绕X轴的力矩；MZ用于表征绕z轴的力矩；a用于表征空气动 力；h用于表征水动力；p用于表征螺旋桨力；R用于表征舵力；g用于表征重力；
[0040] 建立气垫船的四自由度运动微分方程组：
[0042] 其中，Iz用于表征气垫船绕z轴的惯性矩；Ix用于表征气垫船绕X轴的惯性矩；m 用于表征气垫船的质量；u用于表征气垫船的纵向速度；V用于表征气垫船的侧向速度；r 用于表征气垫船的转首角速度；P用于表征气垫船的横摇角速度；用于表征气垫船的纵向 加速度；6用于表征气垫船的侧向加速度；.声用于表征气垫船的横摇加速度；#用于表征气 垫船的转首角加速度。
[0043] 优选地，所述建立单元，具体用于确定大地坐标系和船体坐标系之间速度关系如 下式所示：
[0045]其中，巾用于表征气垫船的航迹角；也用于表征气垫船的艏向角；一用于表征气 垫船的航迹角速度；#用于表征气垫船的艏向角速度用于表征气垫船X轴方向的速度； 九:用于表征气垫船y轴方向的速度。
[0046] 优选地，进一步包括：存储单元，用于通过如下语句，设定并存储气垫船在实际航 行时的控制规则，并在确定气垫船存在如下条件时，利用所述控制规则执行所述对气垫船 进行调整的操作：
[0047] IF〈条件DAND〈条件2>AND......AND〈条件n>
[0048] THEN〈结论DAND〈结论2>AND......AND〈结论n>。
[0049] 优选地，所述存储单元，具体用于设定并存储如下控制规则：
[0050] IF回转率AND回转率超过安全限界时，THEN控制舵角调整归零；
[0051]和 / 或，
[0052] IF舵角超过30°的绝对值时，THEN控制舵角调整为30°或-30° ;
[0053]和 / 或，
[0054] IF低速时，THEN采用舵和螺旋桨共同控制气垫船；
[0055]和 / 或，
[0056] IF高速时，THEN采用舵对气垫船进行转向控制。
[0057] 本发明实施例提供了一种气垫船航迹向控制方法及控制系统，通过建立用于模拟 气垫船航行轨迹的数学模型，可以通过将作用于气垫船的外力参数值以及艏向角的值输入 到该数学模型中，模拟出气垫船的航行轨迹，为了防止气垫船发生侧漂，以保证气垫船按照 所需的目标航迹角值进行航行，可以根据该数学模型对气垫船进行调整，从而提高了对气 垫船的操纵性，可以有效防止气垫船发生侧漂等事故。
【附图说明】
[0058] 图1是本发明实施例提供的方法流程图；
[0059] 图2是本发明另一实施例提供的方法流程图；
[0060] 图3是本发明实施例提供的加入风前馈的自适应反步控制示意图；
[0061]图4是本发明实施例提