气垫船安全航行运动预报与约束控制方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文气垫船安全航行运动预报与约束控制方法研究硕士研究生：张博指导教师：王元慧副教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：付明玉教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文气垫船安全航行运动预报与约束控制方法研究硕士研究生：张博指导教师：王元慧副教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex

2、:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchontheMotionPredictionandConstraintControlMethodforSafeNavigationofHovercraftCandidate:ZhangBoSupervisor:Prof.WangYuanhuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandEngineeringDat

3、eofSubmission:Jan,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

4、意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学

5、位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日气垫船安全航行运动预报与约束控制方法研究摘要随着科技的进步与不断的发展，陆地上的资源已经无法再满足人类的需求。海洋本身是拥有丰富资源的宝库，已经引起了人类的重视。随着对海洋探索的不断深入，普通型船舶的能力已无法承担所有的探索项目，所以出现了高性能船舶。气垫船正是高性能船舶，具有较高的航行速度、运输能力和环境适应力。全垫升气垫

6、船的适用条件虽然比普通船舶普遍，但因其自身水动阻力小，使得在其高速航行时更易受到环境干扰力的影响。并且全垫升气垫船无法通过横倾产生的向心力进行回转，而且没有水下回转设备导致了其回转向心力不足，这都会导致气垫船回转半径增大。而复杂多变的航行海域条件和高速的航速，都会加大驾驶员的控制难度，容易导致侧滑、甩尾和翻船的危险情况。所以，关于气垫船的安全航行成为了一个重要的研究领域。本文以气垫船为研究对象，具体研究过程如下：首先，建立固定与运动坐标系。根据对某型气垫船的实验数据与参数建立数学模型。其中主要有全

7、垫升气垫船动力学模型和环境海浪模型。动力学模型由水动力模型、空气动力模型、操纵面模型、气垫力模型等组成。通过对各部分数学模型组合，建立完整的六自由度气垫船模型，并通过仿真验证该模型的合理性。其次，考虑到气垫船航行中会受到自身系统和外界干扰的噪声影响，使得气垫船传感器测得的运动数据包含噪音，存在异常值。所以采用数据预处理方式剔除野值，并使用改进后的小波阈值函数滤除噪声，平滑数据。采用实测数据仿真验证该方法的有效性。再次，采用集成预测方法对气垫船运动数据进行预测，本文采用了灰色系统理论和改进Elman

8、神经网络相结合的集成预测方法。通过仿真实验证明，该方法可以准确的对气垫船航行中的运动数据进行预测。最后，针对气垫船的安全航行问题，对其运动参数提出约束、设定安全限界。将气垫船模型进行简化，并基于该模型设计滑模控制器，将该控制器与集成预测模型相结合，实现对气垫船的约束控制，提升其安全航行性。关键词：全垫升气垫船；安全航行；数据平滑；集成预测；约束控制I哈尔滨工程大学硕士学位论文II气垫船安全航行运动预报与约束控制方法研究AbstractWiththeprogressofscience