>[0040] 1、包括数据的采集，通过罗经传感器测得当前气垫艇实际的航向角，通过激光测 距仪测得当前气垫艇进巧的左右距离的位置信息。
[0041] 2、包括一个控制器，控制器的输入为比较器输出的当前指令航向与当前实际航向 的偏差和位置偏差，输出为舱角和侧风口的开启状态。
[0042] 3、航向控制方法采用神经网络滑模控制，利用神经网络实时观测外界扰动，利用 滑模控制使航向偏差趋近于零。位置的横移控制采用基本的逻辑判断，通过位置偏差控制 侧风口的开启状态，使气垫船沿中屯、线完成进巧任务。
[0043] 4、航向控制器的输出指令为空气舱的舱角，输出给空气舱系统，通过调节空气舱 舱角实现气垫船的航向控制；位置横移控制器的输出为侧风口开闭信息，通过控制侧风口 的开闭实现气垫船的横向移动，使气垫船处于中屯、线位置。
[0044] 气垫船进巧控制方法程序实现流程图如图2所示，步骤如下： W45] 1.读取当前时刻的实际航向角，比较器用当前时刻指令航向角与实际的航向角做 差就得到了航向偏差，在实际的比较器实现中将航向偏差限定在-180度至180度之间，偏 差为正表示船要向右转，反之船要向左转，当航向偏差为零时，进行步骤二。
[0046] 2.根据激光测距仪测得的di，d2进行比较得到位置偏差，如图7所示，气垫船通过 侧风口控制进行横移运动；
[0047] 航向控制器设计 W48] 航向控制器原理框图如图4所示，滑模变结构对非线性不确定性系统控制具有独 特的效果，其本质是通过控制量的切换，使系统状态按照预定的"滑动模态"轨迹运动，从而 保证系统在收到参数摄动和外界干扰具有不变性，对于不确定非线性系统，非奇异终端滑 模控制器设计简单、鲁棒性好，响应速度快且具有终端滑模有限时间收敛的特点，相对于线 性滑模具有更高的稳定性。
[0049] 对于气垫船系统，为进一步提高滑模控制系统的控制性能，并使系统到达平衡点 的收敛速度进一步加快，选择非线性滑模面为：
[0051] 式中，6i为航向偏差，e2为航向偏差的变化率，a，0，丫〉〇为常数，p、q为正奇数， 且满足Kp/q<2。
[0052] 设计控制律U使系统在有限时间内到达滑模面，并使滑模面上的跟踪误差在有限 时间内收敛到零。控制律形式为：
[0054]其中，Ueq表示针对标称系统设计的等效控制，可根据5二0计算得到， =-Qg+nSgn(s))/b表示切换控制，目的是用来抵消系统中存在的不确定性，lg〉0为外界 扰动的上界值，n〉〇为设计参数，f(X)为气垫船所受部分执行机构的力等。 阳化5] 在滑模控制中，Ig为控制律的切换增益，Ig的大小与不确定性扰动量有关，基于 扰动量的不确定性，若Ig取足够大来保证滑模到达条件，会带来较大的抖振，降低系统的 稳定性且会增加系统的响应时间。所W为了消除此影响，保持滑模控制的稳定性同时降低 滑模控制的抖振，本发明用RBF神经网络来调节切换增益Ig。设计具有两个输入，两个隐含 层节点和一个输出量的RBF神经网络，结构图如图8所示。
[0056] 则控制律可W表示为：
阳05引式中，产4?为神经网络输出值。hi、h2为高斯函数，W1，《2为网络的权向量
[0059] 横向移动控制器设计
[0060] 横向控制器通过控制侧风口来实现，控制原理框图如图5所示。通过激光测距仪 采集的距离di，d2进行比较得到位置偏差，通过位置偏差的正负值来控制左右两侧侧风口 的开闭状态和开闭的大小，当偏差为正值开启右侧侧风n，当偏差为负值开启左侧侧风 n。
[0061] 按照上面的方法，采用C++编程语言编制了气垫船航向控制程序，进行了试验室 的半实物仿真实验。航向仿真图如图6所示。
【主权项】
1. 一种基于激光测距仪的气垫船进巧控制系统，其特征在于：包括罗经、激光测距仪、 比较器、控制器、空气舱和侧风口； 罗经采集气垫船当前时刻的航向角传送给比较器； 激光测距仪采集气垫船当前时刻的左右距离传送给比较器； 比较器将接收的航向角与指令航向角进行比较得到航向偏差，将接收的左右距离进行 比较得到位置偏差，将航向偏差和位置偏差传送给控制器； 控制器包括航向控制器和位置横移控制器，航向控制器根据接收的航向偏差输出舱角 指令传送给空气舱，调节空气舱舱角，位置横移控制器根据接收的位置偏差输出侧风口开 闭指令传送给侧风口，控制侧风口的开闭。2. -种基于权利要求1所述的基于激光测距仪的气垫船进巧控制系统的控制方法，其 特征在于：包括W下步骤， 步骤一：罗经采集气垫船当前时刻的航向角，激光测距仪采集气垫船当前时刻的左右 距离； 步骤二：比较器将当前时刻的航向角与指令航向角进行比较得到航向偏差，接收的左 右距离进行比较得到位置偏差； 步骤立：航向控制器接收航向偏差，采用神经网络滑膜控制方法，输出舱角指令；位置 横移控制器接收位置偏差，采用逻辑判断方法，得到侧风口开闭指令； 步骤四：空气舱根据接收的舱角指令改变舱角，改变气垫船所受力矩，实现航向控制， 侧风口根据接收的开闭指令进行开闭操作，实现气垫船的横向移动。3. 根据权利要求2所述的一种基于激光测距仪的气垫船进巧控制方法，其特征在于： 所述的神经网络滑膜控制方法中控制律为：其中，Gi为航向偏差，e2为航向偏差的变化率，a，0，丫〉〇为常数，p、q为正奇数，且满 足Kp/q<2,V=每为神经网络输出值，Ig为控制律的切换增益，n〉〇为参数，f(X)为气垫 船所受部分执行机构的力。4. 根据权利要求2所述的一种基于激光测距仪的气垫船进巧控制方法，其特征在于： 所述的逻辑判断方法为：当位置偏差为正值开启右侧侧风n，当位置偏差为负值开启左侧 侦讽口。
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光测距仪的气垫船进坞控制系统及控制方法。包括罗经、激光测距仪、比较器、控制器、空气舵和侧风门；罗经采集气垫船当前时刻的航向角传送给比较器；激光测距仪采集气垫船当前时刻的左右距离传送给比较器；比较器将接收的航向角与指令航向角进行比较得到航向偏差，将接收的左右距离进行比较得到位置偏差，将航向偏差和位置偏差传送给控制器；控制器包括航向控制器和位置横移控制器，航向控制器根据接收的航向偏差输出舵角指令传送给空气舵，调节空气舵舵角，位置横移控制器根据接收的位置偏差输出侧风门开闭指令传送给侧风门，控制侧风门的开闭。本发明能够提高操控水平和航行稳定性。
【IPC分类】B60V1/14
【公开号】CN105197004
【申请号】CN201510616184
【发明人】丁福光, 付明玉, 朱超, 方胜, 王元慧, 林孝工, 李娟 , 刘向波
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月24日