[发明专利]一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法

权利要求书

1.一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于通过控制升力空气螺旋桨转速来控制航行摩擦力，通过控制推力空气螺旋桨来控制水平推力与水平角动量。

2.根据权利要求1所述的一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于：

A1）在启动和变向阶段，使用船首方向传感器获得当前船首方向D(t)和计划船首方向D_p；

A2）设计速度PID控制模型，控制多个推力空气螺旋桨的转速，左右两侧的推力空气螺旋桨的转速分别为r_左、r_右，若干升力控制螺旋桨的转速r_升，根据已标定好的推力空气螺旋桨转速与推力关系，使船舶两侧推力空气螺旋桨的推力数值分别达到期望值F_左、F_右，使得气垫船克服摩擦力，获得加速度而逐步加速，通过PID控制模型逐步达到速度恒定，当发生当前速度远大于设定速度的时候，借助PID控制模型自动降低r_左、r_右，或者通过控制r_升来降低船体高度，提高船体与接触面的摩擦力F_摩来迅速降低运动速度，实现刹车效果；

A3）设计方向PID控制模型，通过控制两个推力空气螺旋桨的转速差，得到对应的自旋动力，使船体获得转矩，开始自旋，逐步达到预设航向，当前自旋角速度出现过大趋势时，降低r_左、r_右之差消除转矩，或者通过控制r_升来降低船体高度，提高船体与接触面的摩擦力F_摩来迅速降低角速度，确保不发生失控；

循环执行步骤A1）—A3），直到控制船首朝向计划航向角度，运行速度达到设定的运动速度。

3.根据权利要求2所述的一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于：

B1）在航行阶段，利用船首向传感器获得当前船首向D(t)和计划船首向D_p；

B2）使用方向PID控制模型计算两个推力空气螺旋桨需要产生的自旋动力，通过标定好的推力空气螺旋桨转速与产生推力的关系，在保证F_左与F_右之和不变的情况下，控制两个推力空气螺旋桨分别达到对应的转速r_左、r_右，并使两个推力空气螺旋桨产生相反方向的扭矩，在发生角速度过大、运动速度远大于设定值的情况下，控制升力空气螺旋桨对应的转速r_升来产生刹车的效果；

循环执行步骤B1）—B2），保证在航行状态下的船舶朝向计划航向，速度维持在计划航速。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于在船体上安装若干对称布置的推力空气螺旋桨、一个或多个提供升力的升力空气螺旋桨，并在船体上安装船首方向传感器、六轴加速度传感器和速度传感器、升力舱气压传感器、升力高度传感器，分别用来实时监测船首方向、船舶加速度、船舶速度、充气气垫气压、起升高度。

5.根据权利要求2所述的一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于所述速度PID控制模型具体包括如下步骤：

C1）基于已标定的推力空气螺旋桨转速与产生推力的关系，分别获得两螺旋桨推力F_左、F_右；

利用船加速度传感器获得当前船舶加速度a，并根据当前船舶加速度与推力数值，计算出当前气垫船所受阻力F_r；

C2）根据计划速度V_p与实际速度v(t)，计算出船舶所需要的实时加速度a(t)，通过已标定的推力空气螺旋桨转速与推力关系，获得螺旋桨的目标转速；

重复执行步骤C1）—C2），直到实际速度与计划速度相同。

6.根据权利要求2或3所述的一种基于转差转速双驱动与升力匹配模式的全垫升气垫船控制方法，其特征在于所述方向PID控制模型具体包括如下步骤：

D1）通过船首向传感器获得实际船首朝向D(t)；

D2）根据船舶计划航向D_p，确定推力空气螺旋桨旋转方向，进而计算出螺旋桨旋转加速度；

D3）通过已标定推力空气螺旋桨转速与产生推力的关系，获得两推力螺旋桨的转差，当航速出现过大、角速度过大的情况下，通过紧急减少升力空气螺旋桨的转速来提高摩擦力来实现刹车，待航速、角速度恢复正常后，再次恢复升力空气螺旋桨转速；

重复执行步骤D1）—D3），使船体航向保持稳定。