[发明专利]基于侧滑补偿的气垫船路径跟踪的自适应LOS导引方法

说明书

本发明公开了基于侧滑补偿的气垫船路径跟踪的自适应LOS导引方法，属于气垫船控制领域，包括以下步骤：步骤(1)：建立气垫船三自由度运动数学模型；步骤(2)：建立误差动态模型；步骤(3)：设计自适应侧滑角估计器；步骤(4)：设计侧滑角补偿的自适应LOS导引律；步骤(5)：设计PID艏向控制器；步骤(6)：进行仿真验证。本发明将侧滑角的自适应估计应用到气垫船的LOS导引当中，对LOS导引律进行侧滑补偿，采用自适应方法在线估计侧滑角度，解决了侧滑角度的估计问题，解决了气垫船在水面航行受外界环境干扰而产生侧滑影响路径跟踪效果问题，提高气垫船路径跟踪的精确度。

技术领域

本发明属于气垫船控制领域，尤其涉及基于侧滑补偿的气垫船路径跟踪的自适应LOS导引方法。

背景技术

气垫船是利用高压空气在船底和水面或地面间形成气垫，使船体全部或部分垫升，从而大大减小船体航行时的阻力，实现高速航行的船。气垫是用大功率鼓风机将空气压入船底下，由船底周围的柔性围裙或刚性侧壁等气封装置限制其逸出而形成的。

19世纪初，已有人认识到把压缩空气打入船底下可以减少航行阻力，提高航速。1953年，英国人科克雷尔创立气垫理论，经过大量试验后，于1959年建成世界上第一艘气垫船，横渡英吉利海峡取得成功。1964年以后，气垫船类型增多，应用日益广泛，多用作高速短途客运、休闲旅游、执勤巡逻、救援抢险、商业、勘察测量、军事等方面，航速可达60～80海里/小时。气垫船的缺点是耐波性较差，在风浪中航行失速较大。气垫船船身一般用铝合金、高强度钢或玻璃钢复合材料制造；动力装置用航空发动机、高速柴油机或燃气轮机；船底围裙用高强度尼龙橡胶布制成，磨损后可以更换。

气垫船作为水陆两栖的船种，能够在水面和地面上方便地航行，因此广泛用于军事用途。作为作战登陆艇是其重要的用途之一。气垫船分为全垫升气垫船和侧壁式气垫船。全垫升气垫船由于其用途广泛，尤其是军事用途。因此，对气垫船进行路径跟踪控制研究具有重要意义。英国是最早研制气垫船的国家。60年代初，英国海军就组建了气垫船试验分队，对不同类型的气垫船进行一系列的作战环境试验，如用于猎扫雷、两栖登陆、发射导弹、反潜等，并从中选出合适的艇型。已装备海军部队的有50吨级BH7型多用途气垫艇。其中：BH7-Ⅴ+型猎雷气垫艇携带猎雷设备时，能在波高3米海况下，以10节航速进行猎雷作业。BH7-Ⅴ型战斗气垫艇是快速导弹巡逻艇，装有两座“飞鱼”战舰导弹和一座双管30毫米自动炮。BH7-Ⅳ型后勤支援气垫艇可运送170名全副武装的登陆兵，或者运载3辆野战卡车及60名战斗人员等。还有105吨级的VT-2型导弹气垫艇，装有2座“奥托马特”舰舰导弹和1门76毫米自动舰炮，装载能力32吨，还可作反潜、扫雷、布雷和后勤支援用。

气垫船在水中航行过程中，受到外界海洋环境如风，浪，流的干扰，由于横向没有推进力，极易产生侧滑，而侧滑会影响其路径跟踪的准确度。

发明内容

本发明的目的在于公开路径导引精度高的基于侧滑补偿的气垫船路径跟踪的自适应LOS导引方法。

本发明的目的是这样实现的：

基于侧滑补偿的气垫船路径跟踪的自适应LOS导引方法，包含如下步骤：

步骤(1)：建立气垫船三自由度运动数学模型：

研究空间运动体，建立固定坐标系和船体运动坐标系，对气垫船横荡、纵荡、和艏摇三个自由度建立三自由度运动数学模型。

三自由度运动数学模型：