三体滑行艇运动分析与控制

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1、分类号：密级：_______________UDC：编号：_______________专业硕士学位论文（工程硕士）三体滑行艇运动分析与控制硕士研究生：张玉指导教师：陆军教授企业导师：王林研究员工程领域：控制工程论文主审人：哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：_______________UDC：编号：_______________专业硕士学位论文（工程硕士）三体滑行艇运动分析与控制硕士研究生：张玉指导教师：陆军教授学位级别：工程硕士工程领域：控制工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大

2、学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.Eng（MasterofEngineering）MotionAnalysisandControlofTrimaranplanningHullCandidate:ZhangYuSupervisor:Prof.LuJunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringDateofSubmission:May,2018DateofOralExamination:Jun

3、e,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

4、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：年月日年月日摘要近年来，世界各国的船舶技术持续迅速发

5、展，许多性能优良的新型船型相继出现。在各种各样的新型船舶中，相比单体船而言，多体船的浮性、稳定性、耐波性好，装载量大，抗冲击能力强，机动性和隐身性也比较优越，因此多体船在民用和军事领域的应用前景都较为广阔。三体滑行艇是多体船中发展较为成熟的一种高性能船型，它结合了双体船的优点并进行优化设计，特殊的三体结构可以使滑行艇的横向稳定性大大提高。本文所研究的HST1300三体滑行艇具有M型槽道和横向断级结构，这种特殊艇型增加了建模的复杂程度；航速最高可达80kn，较高的航速使三体滑行艇的可控性较差；同时滑行艇惯性较大，风、流等会对其产生较大的低频干扰，这使得滑行艇控

6、制系统的设计存在一定困难。本文首先建立惯性坐标系和Body坐标系，来描述三体滑行艇在空间的运动状态，然后根据滑行艇的运动特点，对模型中的力和力矩按照物理意义分解并分别进行计算。在六自由度模型的基础上，根据HST1300三体滑行艇的运动特点进行化简，建立起四自由度的MMG模型。由于滑行艇结构和材料的特殊性，对于滑行艇运动模型中存在的流体动力导数，很多无法采用传统的计算方法求解，本文采用CFD数值模拟的方法进行分析。对于滑行艇的附加质量等，采用ANSYS中的AQWA模块求解；考虑到螺旋桨结构和运动过程中的复杂性，采用Fluent模块对螺旋桨进行数值分析和拟合。最

7、后在风和流干扰模型的作用下，对滑行艇的操纵响应模型进行仿真验证。由于外界干扰造成的航向偏差，首先采用经典的PID算法进行航向控制，考虑到外界环境变化的不确定性，然后采用RBF神经网络对K、和KK进行在线调整，由于pidRBF神经网络的学习过程计算量较大，采用一阶和二阶导数对神经网络的学习步长进行改进，提高计算速度。最后，在RBF神经网络PID控制的基础上，根据滑行艇模型的特点设计扰动观测器对外界环境和系统内部产生的干扰进行补偿。由于干扰具有未知性和非线性，所以观测器难以通过计算实现。RBF神经网络各种复杂的关系具有很强的逼近能力，利用这个特点可以实现对未知项

8、的观测，完成干扰观测器的设计。关键词：三体滑行艇；C