【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶运动控制，具体而言，涉及一种气垫船的运动控制方法及系统。
技术介绍
1、气垫船，是指一种利用表面效应原理，依靠高于大气压的空气在船体与支撑面（水面或地面）间形成气垫，使船体全部或部分脱离支撑面航行的高速船舶，其控制系统是一种典型的具有多操纵面的欠驱动系统。
2、气垫船应用环境非常广泛，可应用于如海面、极地、沙漠、雪地等复杂环境，但在极地环境下时，气垫船的气垫与冰面的摩擦阻力极小，导致运动控制难度大，具有较高的危险性，易造成航行事故。
技术实现思路
1、本专利技术解决的问题是如何改善气垫船的运动控制难度，以降低危险性，避免航行事故。
2、为解决上述问题，第一方面，本专利技术提供一种气垫船的运动控制方法，包括：
3、分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑；
4、将所述风载荷与所述冰面摩擦载荷输入到环境力动力学模型中，生成风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力以及摩擦载荷转艏力矩；
5、将所述期望艏向输入到空气舵动力学模型中，生成空气舵推力和空气舵转艏力矩；
6、将所述期望侧滑输入到矢量喷管动力学模型中，生成矢量喷管推力和矢量喷管转艏力矩；
7、获取所述矢量喷管转艏力矩的负面影响，并根据所述负面影响生成抵消所述负面影响的空气螺旋桨转速增量；
8、将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩；
9、根据所述风载荷推力、所述摩擦载荷推力、所述空气舵推力、所述矢量喷管推力以及所述空气螺旋桨推力，生成气垫船推力；
10、根据所述风载荷转艏力矩、所述摩擦载荷转艏力矩、所述空气舵转艏力矩、所述矢量喷管转艏力矩以及所述空气螺旋桨转艏力矩，生成气垫船转艏力矩；
11、采用joystick+autocontrol混合控制方法，根据所述气垫船推力和所述气垫船转艏力矩，控制气垫船。
12、可选地，所述将所述风载荷与所述冰面摩擦载荷输入到环境力动力学模型中，生成风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力以及摩擦载荷转艏力矩，包括：
13、将所述风载荷输入到所述环境力动力学模型中的风载荷公式组中，生成所述风载荷推力和风载荷转艏力矩，所述风载荷推力包括风载荷纵向推力和风载荷横向推力，所述风载荷公式组包括：
14、；
15、其中，为所述风载荷纵向推力，为所述风载荷横向推力，为所述风载荷转艏力矩，、以及均为风力系数，为空气密度，vx为纵向风速，vy为横向风速，sx为所述气垫船的纵向投影面积，sy为所述气垫船的横向投影面积，lc为气垫长度；
16、将所述冰面摩擦载荷输入到所述环境力动力学模型中的摩擦载荷公式组中，生成所述摩擦载荷推力以及所述摩擦载荷转艏力矩，所述摩擦载荷推力包括摩擦载荷纵向推力和摩擦载荷横向推力，所述摩擦载荷公式组包括：
17、；
18、其中，为所述摩擦载荷纵向推力，为所述摩擦载荷横向推力，为所述摩擦载荷转艏力矩，、以及均为摩擦系数，m为气垫船质量，g为重力加速度。
19、可选地，所述将所述期望艏向输入到空气舵动力学模型中，生成空气舵推力和空气舵转艏力矩，包括：
20、将所述期望艏向输入到艏向控制器中，生成舵角；
21、根据所述舵角，采用插值法，生成压力中心系数；
22、将所述压力中心系数输入到空气舵动力学模型中，生成所述空气舵推力和所述空气舵转艏力矩，所述空气舵推力包括空气舵纵向推力和空气舵横向推力。
23、可选地，所述将所述期望侧滑输入到矢量喷管动力学模型中，生成矢量喷管推力和矢量喷管转艏力矩，包括：
24、将所述期望侧滑输入到侧滑控制器中，生成方向角；
25、将所述方向角输入到矢量喷管动力学模型中，生成所述矢量喷管推力和所述矢量喷管转艏力矩，所述矢量喷管推力包括矢量喷管纵向推力和矢量喷管横向推力。
26、可选地，所述将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩，包括：
27、将所述期望航速输入到航速控制器中，生成螺距角；
28、分别获取第一空气螺旋桨的第一当前转速和第二空气螺旋桨的第二当前转速，将所述空气螺旋桨转速增量与所述第一当前转速或所述第二当前转速结合，生成第一目标转速或第二目标转速，其中，空气螺旋桨包括所述第一空气螺旋桨和所述第二空气螺旋桨；
29、将所述螺距角和所述第一目标转速或所述第二目标转速输入到所述空气螺旋桨动力学模型中，生成所述空气螺旋桨推力和所述空气螺旋桨转艏力矩。
30、可选地，所述将所述螺距角和所述第一目标转速或所述第二目标转速输入到所述空气螺旋桨动力学模型中，生成所述空气螺旋桨推力和所述空气螺旋桨转艏力矩，包括：
31、将所述螺距角和所述第一目标转速或所述第二目标转速输入到所述空气螺旋桨动力学模型中的空气螺旋桨推力公式中，生成第一空气螺旋桨推力和第二空气螺旋桨推力，所述空气螺旋桨推力公式包括：
32、；
33、其中，t1为所述第一空气螺旋桨推力，t2为所述第二空气螺旋桨推力，均为所述空气螺旋桨的性能参数，均为所述螺距角，为纵向相对风速，n0为额定转速，n1为所述第一当前转速或所述第一目标转速，n2为所述第二当前转速或所述第二目标转速；
34、融合所述第一空气螺旋桨推力和所述第二空气螺旋桨推力，生成所述空气螺旋桨推力；
35、将所述第一空气螺旋桨推力和所述第二空气螺旋桨推力输入到所述空气螺旋桨动力学模型中的空气螺旋桨转艏力矩公式中，生成所述空气螺旋桨转艏力矩，所述空气螺旋桨转艏力矩公式包括：
36、；
37、其中，为所述空气螺旋桨转艏力矩，l1y为所述第一空气螺旋桨与第一标定轴的距离，l2y为所述第二空气螺旋桨与所述第一标定轴的距离。
38、可选地，所述获取所述矢量喷管转艏力矩的负面影响，并根据所述负面影响生成抵消所述负面影响的空气螺旋桨转速增量，包括：
39、当所述方向角不是预设角度时，获取所述负面影响；
40、根据抵消公式和所述负面影响，生成所述空气螺旋桨转速增量，所述抵消公式包括：
41、；
42、其中，为所述空气螺旋桨转速增量，n0为额定转速，n1为第一当前转速或第一目标转速，n2为第二当前转速或第二目标转速，均为空气螺旋桨的性能参数，为纵向相对风速，为螺距角，l1y为第一空气螺旋桨与第一标定轴的距离，tno为矢量喷管额定推力，α为所述方向角，l5x为矢量喷管与第二标定轴的距离。
43、可选地，在所述将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩之后，在所述根据所述风载荷推力、所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气垫船的运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述风载荷与所述冰面摩擦载荷输入到环境力动力学模型中，生成风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力以及摩擦载荷转艏力矩，包括：
3.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述期望艏向输入到空气舵动力学模型中，生成空气舵推力和空气舵转艏力矩，包括：
4.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述期望侧滑输入到矢量喷管动力学模型中，生成矢量喷管推力和矢量喷管转艏力矩，包括：
5.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩，包括：
6.根据权利要求5所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述螺距角和所述第一目标转速或所述第二目标转速输入到所述空气螺旋桨动力学模型中，生成所述空气螺旋桨推力和所述空气螺旋桨转艏力矩，包括：
7.根据权利
8.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，在所述将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩之后，在所述根据所述风载荷推力、所述摩擦载荷推力、所述空气舵推力、所述矢量喷管推力以及所述空气螺旋桨推力，生成气垫船推力之前，还包括：
9.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述根据所述风载荷转艏力矩、所述摩擦载荷转艏力矩、所述空气螺旋桨转艏力矩、所述矢量喷管转艏力矩以及所述空气螺旋桨转艏力矩，生成气垫船转艏力矩，包括：
10.一种气垫船的运动控制系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种气垫船的运动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述风载荷与所述冰面摩擦载荷输入到环境力动力学模型中，生成风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力以及摩擦载荷转艏力矩，包括：
3.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述期望艏向输入到空气舵动力学模型中，生成空气舵推力和空气舵转艏力矩，包括：
4.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述期望侧滑输入到矢量喷管动力学模型中，生成矢量喷管推力和矢量喷管转艏力矩，包括：
5.根据权利要求1所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述空气螺旋桨转速增量和所述期望航速输入到空气螺旋桨动力学模型中，生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩，包括：
6.根据权利要求5所述的气垫船的运动控制方法，其特征在于，所述将所述螺距角和所述第一目标转速或所述第二目...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏桂华，袁利毫，李新飞，昝英飞，钱浩然，刘瑞琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地，
类型：发明
国别省市：
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