CN117539267B - 一种气垫船的运动控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气垫船的运动控制方法及系统，涉及船舶运动控制技术领域，该方法包括分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑；根据对应模型生成风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力、摩擦载荷转艏力矩、空气舵推力、空气舵转艏力矩、矢量喷管推力、矢量喷管转艏力矩、空气螺旋桨推力、空气螺旋桨转艏力矩；根据上述推力，生成气垫船推力；根据风载荷转艏力矩、摩擦载荷转艏力矩、空气舵转艏力矩、矢量喷管转艏力矩以及空气螺旋桨转艏力矩，生成气垫船转艏力矩；采用Joystick+AutoControl混合控制方法，控制气垫船。本发明可以改善气垫船的运动控制难度，降低危险性，避免航行事故。
Description
技术领域
本发明涉及船舶运动控制技术领域，具体而言，涉及一种气垫船的运动控制方法及系统。
背景技术
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。
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。
发明内容
本发明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。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种气垫船的运动控制方法，包括：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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。
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：
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：
；
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；
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：
；
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。
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：
将所述期望艏向输入到艏向控制器中，生成舵角；
根据所述舵角，采用插值法，生成压力中心系数；
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。
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：
将所述期望侧滑输入到侧滑控制器中，生成方向角；
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。
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：
将所述期望航速输入到航速控制器中，生成螺距角；
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；
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。
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：
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：
；
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；
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；
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：
；
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。
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：
当所述方向角不是预设角度时，获取所述负面影响；
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：
；
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。
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：
获取实际螺距角和期望螺距角；
根据系统响应函数公式，生成所述实际螺距角和所述期望螺距角的系统响应函数，所述系统响应函数公式包括：
；
其中，为所述系统响应函数，Pa为所述实际螺距角，Pe为所述期望螺距角，K为惯性环节增益，TS＋1为时间常数；
根据所述系统响应函数优化所述空气螺旋桨动力学模型。
可选地，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：
采用转艏力矩整合公式，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，所述转艏力矩整合公式包括：
；
其中，为所述气垫船转艏力矩，/>为所述风载荷转艏力矩，/>为所述摩擦载荷转艏力矩，/>为所述空气螺旋桨转艏力矩，/>为所述矢量喷管转艏力矩，/>为所述空气舵转艏力矩。
第二方面，本发明提供一种气垫船的运动控制系统，包括：
获取模块，用于分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑；
环境力模块，用于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；
空气舵模块，用于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；
矢量喷管模块，用于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；
抵消模块，用于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；
空气螺旋桨模块，用于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；
推力模块，用于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；
转艏力矩模块，用于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；
控制模块，用于采用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。
本发明的气垫船的运动控制方法及系统的有益效果为：
通过获取风载荷和冰面摩擦载荷，并将风载荷和冰面摩擦载荷输入到环境力动力学模型中，根据环境力动力学模型经过计算得到的风载荷推力、风载荷转艏力矩、摩擦载荷推力以及摩擦载荷转艏力矩，就可得知风载荷和冰面摩擦载荷对气垫船的影响，根据期望艏向、期望侧滑和期望航速，经过空气舵动力学模型、矢量喷管动力学模型和空气螺旋桨动力学模型计算得到的空气舵推力、空气舵转艏力矩、矢量喷管推力、矢量喷管转艏力矩、空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩，就可得知需要气垫船的空气舵、矢量喷管和空气螺旋桨输出的推力和转艏力矩，分别结合风载荷、冰面摩擦载荷、空气舵、矢量喷管和空气螺旋桨输出的推力和转艏力矩，可得知受极地环境影响下气垫船需要的推力和转艏力矩，最后采用Joystick+AutoControl混合控制方法，并根据气垫船推力和气垫船转艏力矩，就可辅助操作员控制气垫船，降低了气垫船的控制难度，由于本发明将环境力的风载荷和冰面摩擦载荷作为气垫船的控制因素之一，并将其与气垫船的主要动力装置产生的推力和转艏力矩结合，使气垫船的运动控制考虑了极地环境下风和冰面摩擦对气垫船的影响，不需要操作员人为考虑极地环境下风和冰面摩擦对气垫船的影响，大大改善了气垫船的控制难度，降低了气垫船在极地环境下的危险性。此外，由于矢量喷管在不同侧滑方向会对舵效造成负面影响，所以本发明通过矢量喷管造成的负面影响，计算可抵消负面影响的空气螺旋桨转速增量，实现了矢量喷管和空气螺旋桨之间的协作配合，提高了气垫船的控制精度，降低了控制难度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的气垫船的运动控制方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的气垫船的运动控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的气垫船空气舵的安装布置俯视图；
图4为本发明实施例提供的气垫船矢量喷管的安装布置俯视图；
图5为本发明实施例提供的气垫船空气螺旋桨的安装布置俯视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
为解决上述问题，如图1所示，本发明实施例提供一种气垫船的运动控制方法，包括：
S1，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。
具体地，为了解决气垫船在极地冰面环境下的控制难题，本发明引进极地的风载荷和冰面摩擦载荷两个极地环境力因素，可采用模型船实验测量得到，此外，获取期望艏向、期望航速以及期望侧滑来确定气垫船的控制，期望艏向是指气垫船船艏的方向，期望航速是指气垫船的航行速度，期望侧滑是指气垫船的侧滑速度，将气垫船船艏至船艉的连线方向作为纵向，垂直于气垫船船艏至船艉的连线方向的方向作为横向，航行速度即为纵向速度，侧滑速度即为横向速度。
S2，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。
具体地，在极地冰面环境下，由于冰面摩擦极小，所以，当气垫船在冰面上航行时，环境力的风载荷会影响气垫船的航行方向及速度，所以需要在控制气垫船在极地冰面航行时，考虑环境力的影响，将风载荷与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，其中，风载荷推力包括风载荷纵向推力和风载荷横向推力，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。
S3，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。
具体地，如图3所示，以气垫船中心作为坐标原点，船艏指向为xb轴正方向，yb轴正方向垂直指向气垫船的右舷，建立坐标系，将xb轴作为第一标定轴，即纵向，将yb轴作为第二标定轴，即横向。示例性地，空气舵数量可根据实际情况设置，本实施例中的气垫船包括4个空气舵，两个为一组，分别为第一空气舵组3和第二空气舵组4，同一组的两片舵是联动的，不计舵间叶栅的影响，把每组舵当成一个舵，并根据如图3所示的空气舵位置、坐标系以及相关系数建立空气舵动力学模型，空气舵动力学模型包括空气舵推力公式和空气舵转艏力矩公式，将期望艏向输入到空气舵动力学模型中，通过空气舵推力公式和空气舵转艏力矩公式，生成空气舵推力和空气舵转艏力矩，空气舵推力包括空气舵纵向推力和空气舵横向推力。
S4，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。
具体地，如图4所示，布置气垫船的矢量喷管，矢量喷管是一个很有利的操纵面，作为气垫船的辅助推进系统，可360度自由旋转，产生各个方向的推力。其由三个部件构成，分别是喷管、驱动装置、固定喷管，喷管由下部的双头出口蜗壳供气，向外喷出高速高压的气流产生反作用力来操纵气垫船。在气垫船两舷侧各有一个矢量喷管，且关于xb轴对称，气垫船艏部的两个矢量喷管既可以同时控制，也可以单独控制。当气垫船受到矢量喷管指向艇艏的力时喷管方位角为0°，受到喷管指向艇艉的力时方位角为180°，且定义喷管顺时针转动时方位角为正。根据如图4所示的气垫船的矢量喷管位置、坐标系以及矢量喷管相关系数建立矢量喷管动力学模型，矢量喷管动力学模型包括矢量喷管推力公式和矢量喷管转艏力矩公式，将期望侧滑输入到矢量喷管动力学模型中，通过矢量喷管推力公式和矢量喷管转艏力矩公式生成矢量喷管推力和矢量喷管转艏力矩，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。示例性地，矢量喷管的布置数量可根据实际情况设置，本实施例布置两个矢量喷管，即第一矢量喷管5和第二矢量喷管6。
S5，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。
具体地，当矢量喷管的方位角不是预设角度时，矢量喷管产生的推力对气垫船的舵效造成负面影响，会增加气垫船的控制难度，所以需要通过增加空气螺旋桨的转速来抵消该负面影响，从而提高气垫船的控制精度，示例性地，负面影响为在气垫船进行换向时，矢量喷管产生的对气垫船换向的反作用力，负面影响会使气垫船换向发生偏差，达不到预期换向效果。
S6，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。
具体地，如图5所示，空气螺旋桨作为气垫船的主推进系统，可设置两台空气螺旋桨，分别为第一空气螺旋桨1和第二空气螺旋桨2，导管空气螺旋桨与xb轴平行安装，且第一空气螺旋桨1和第二空气螺旋桨2左右对称设置，空气螺旋桨一般在额定转速下运行，气垫船受到空气螺旋桨指向艇艏的推力时为正推力，受到空气螺旋桨指向艇艉的推力时为负推力。两台空气螺旋桨的推力可同步调节，也可以异步调节。空气螺旋桨输出的推力与自身螺距角和转速有关，也与外部的相对风速有关。可通过控制螺距角或转速，进而调节空气螺旋桨推力的大小，而空气螺旋桨的转速和空气螺旋桨的主机有关，通常主机以额定转速运行。根据如图3所示的空气螺旋桨位置、坐标系以及相关系数构建空气螺旋桨动力学模型，空气螺旋桨动力学模型包括空气螺旋桨推力公式和空气螺旋桨转艏力矩公式，将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，根据空气螺旋桨推力公式和空气螺旋桨转艏力矩公式生成空气螺旋桨推力和空气螺旋桨转艏力矩，由于空气螺旋桨只会发出指向艇艏的正推力和指向艇艉的负推力，所以空气螺旋桨推力只包括空气螺旋桨纵向推力。
S7，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。
具体地，将风载荷推力、摩擦载荷推力、空气舵推力、矢量喷管推力以及空气螺旋桨推力相加，即可得到气垫船推力，其中，气垫船推力包括气垫船纵向推力和气垫船横向推力，气垫船纵向推力由风载荷推力、摩擦载荷纵向推力、空气舵纵向推力、矢量喷管纵向推力以及空气螺旋桨纵向推力相加得到，气垫船横向推力由风载荷横向推力、摩擦载荷横向推力、空气舵横向推力以及矢量喷管横向推力相加得到。
S8，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。
具体地，将风载荷转艏力矩、摩擦载荷转艏力矩、空气舵转艏力矩、矢量喷管转艏力矩以及空气螺旋桨转艏力矩相加，即可得到气垫船转艏力矩。
S9，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。
具体地，采用Joystick+AutoControl混合控制方法控制气垫船纵向推力、气垫船横向推力和气垫船转艏力矩，AutoControl自动控制器自主控制气垫船的气垫船纵向推力、气垫船横向推力和气垫船转艏力矩三个自由度中一个或两个自由度，其余的自由度由Joystick操作手柄控制。
示例性地，在所述分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑之前，还包括：
设置LOS路径导引模式。
所述设置LOS路径导引模式，包括：
规划气垫船航行路径，在直线路径导引律的基础上通过Joystick+AutoControl混合控制方法，让气垫船沿规划路径到达预定地点。
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：
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：
；
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；
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：
；
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。
具体地，、/>以及/>三个风力系数可根据实验插值法获得，纵向风速为xb轴方向的风速，横向风速为yb轴方向的风速，气垫船纵向投影面积为气垫船沿xb轴方向的投影面积，气垫船的横向投影面积为气垫船沿yb轴方向的投影面积，/>、/>以及/>三个摩擦系数可根据实验插值法获得。
示例性地，根据风力系数、空气密度、纵向风速、横向风速、纵向投影面积、横向投影面积、气垫长度、摩擦系数、气垫船质量以及重力加速度建立环境力模型。
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：
将所述期望艏向输入到艏向控制器中，生成舵角；
根据所述舵角，采用插值法，生成压力中心系数；
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。
具体地，艏向控制器采用PID控制器，艏向控制器根据舵角公式计算得到舵角，舵角公式包括：
；
；
其中，Rud为所述舵角，为实时艏向比例系数，/>为实时艏向积分系数，/>为实时艏向微分系数，/>为期望艏向与实时艏向的差值，实时艏向由运动传感器得到，/>为期望艏向，/>为实时艏向。其中，艏向又叫航向角。
空气舵动力学模型根据空气舵推力公式得到空气舵纵向推力和空气舵横向推力，根据空气舵转艏力矩公式得到空气舵转艏力矩，空气舵推力公式包括：
；
；
其中，分别为第一空气舵组和第二空气舵组的纵向推力，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组的气动压，Sd为导管面积，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组的沿xb轴方向的压力中心系数，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组的横向推力，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组的沿yb轴方向的压力中心系数。空气舵纵向推力为第一空气舵组和第二空气舵组的纵向推力的和，空气舵横向推力为第一空气舵组和第二空气舵组的横向推力的和。
示例性地，气动压根据来流速度、空气密度以及相对风速得到，气动压公式包括：
；
；
其中，为第一空气舵组的气动压，V3为来流速度，/>为空气密度，/>为相对风速。应当理解的是，第一空气舵组与第二空气舵组的气动压公式相同，在此不再赘述。
空气舵转艏力矩公式包括：
；
其中，分别为第一空气舵组和第二空气舵组的转艏力矩，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组与xb轴的距离，/>分别为第一空气舵组和第二空气舵组与yb轴的距离，空气舵转艏力矩为第一空气舵组和第二空气舵组的转艏力矩的和。
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：
将所述期望侧滑输入到侧滑控制器中，生成方向角；
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。
具体地，侧滑控制器采用PID控制器，侧滑控制器根据方向角公式得到方向角，方向角公式包括：
；
；
其中，为方向角，/>为侧滑比例系数，/>为侧滑积分系数，/>为侧滑微分系数，/>为期望侧滑与实时侧滑的差值，/>为期望侧滑，/>为实时侧滑，实时侧滑由运动传感器得到。
矢量喷管动力学模型根据矢量喷管推力公式得到矢量喷管纵向推力和矢量喷管横向推力，根据矢量喷管转艏力矩公式得到矢量喷管转艏力矩，矢量喷管推力公式包括：
；
；
其中，分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的纵向推力，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的额定推力，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的实际方向角，实际方位角即马达轴转角是相应于方向角的，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的横向推力，矢量喷管纵向推力为第一矢量喷管和第二矢量喷管的纵向推力的和，矢量喷管横向推力为第一矢量喷管和第二矢量喷管的横向推力的和。
矢量喷管转艏力矩公式包括：
；
其中，分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的转艏力矩，分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管与yb轴的距离，矢量喷管转艏力矩为第一矢量喷管和第二矢量喷管的转艏力矩的和。
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：
将所述期望航速输入到航速控制器中，生成螺距角；
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；
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。
具体地，航速为气垫船的纵向速度，航速控制器采用PID控制器，航速控制器根据螺距角公式得到螺距角，螺距角公式包括：
；
；
其中，P为螺距角，为航速比例系数，/>为航速积分系数，/>为航速微分系数，/>为期望航速与实时航速的差值，/>为期望航速，/>为实时航速，实时航速由运动传感器得到。
第一空气螺旋桨和第二空气螺旋桨性能相关参数和螺距角相等，所以根据负面影响的实际情况，将空气螺旋桨转速增量分配给第一空气螺旋桨或第二空气螺旋桨，生成第一空气螺旋桨的第一目标转速或第二空气螺旋桨的第二目标转速，第一目标转速和第二目标转速只存在其中一个。
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：
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：
；
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；
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；
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：
；
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。
具体地，空气螺旋桨推力为第一空气螺旋桨推力和第二空气螺旋桨推力的和，第一目标转速和第二目标转速只存在其中一个，若n1为所述第一当前转速，则n2为第二目标转速，若n1为第一目标转速，则n2为第二当前转速。
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：
当所述方向角不是预设角度时，获取所述负面影响；
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：
；
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。
具体地，根据实际情况，定义预设角度为0°或180°，当方向角不是预设角度时，根据矢量喷管的转艏力矩获取负面影响，即负面影响为矢量喷管的转艏力矩，通过调整单个空气螺旋桨的推力，即第一空气螺旋桨推力或第二空气螺旋桨推力，使其产生一个等大反向的转艏力矩，消除矢量喷管对舵效的影响，负面影响包括：
；/>
其中，为负面影响，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的额定推力，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管的实际方向角，/>分别为第一矢量喷管和第二矢量喷管与yb轴的距离。
通过抵消等式化简得到抵消公式，抵消等式为：
。
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：
获取实际螺距角和期望螺距角；
根据系统响应函数公式，生成所述实际螺距角和所述期望螺距角的系统响应函数，所述系统响应函数公式包括：
；
其中，为所述系统响应函数，Pa为所述实际螺距角，Pe为所述期望螺距角，K为惯性环节增益，TS＋1为时间常数；
根据所述系统响应函数优化所述空气螺旋桨动力学模型。
具体地，在实际气垫船运动控制系统工作中，空气螺旋桨的螺距角和实际螺距角的系统响应函数由一阶惯性环节给出，作为实际操纵过程中的操纵延迟，通过一阶惯性环节采用后置反馈的方式，可以实现较精确的系统跟踪性能，且一阶惯性环节无超调量，由此得出的系统响应函数可实现对螺距角更为精确的控制。在气垫船仿真模拟时，也可提高对空气桨推力计算的精度。示例性地，得到系统响应函数后，可根据优化算法调整优化系统响应函数，从而优化对应的空气螺旋桨动力学模型。
可选地，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：
采用转艏力矩整合公式，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，所述转艏力矩整合公式包括：
；
其中，为所述气垫船转艏力矩，/>为所述风载荷转艏力矩，/>为所述摩擦载荷转艏力矩，/>为所述空气螺旋桨转艏力矩，/>为所述矢量喷管转艏力矩，/>为所述空气舵转艏力矩。
本发明的另一个实施例提供一种气垫船的运动控制系统，包括：
获取模块，用于分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑；
环境力模块，用于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；
空气舵模块，用于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；
矢量喷管模块，用于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；
抵消模块，用于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；
空气螺旋桨模块，用于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；
推力模块，用于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；
转艏力矩模块，用于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；
控制模块，用于采用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。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种气垫船的运动控制方法，其特征在于，包括：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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：
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：
；
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；
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：
；
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；
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：
将所述期望艏向输入到艏向控制器中，生成舵角；
根据所述舵角，采用插值法，生成压力中心系数；
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；
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：
将所述期望侧滑输入到侧滑控制器中，生成方向角；
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；
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：
将所述期望航速输入到航速控制器中，生成螺距角；
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；
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。
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：
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：
；
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；
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；
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：
；
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。
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：
当所述方向角不是预设角度时，获取所述负面影响；
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：
；
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。
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，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：
获取实际螺距角和期望螺距角；
根据系统响应函数公式，生成所述实际螺距角和所述期望螺距角的系统响应函数，所述系统响应函数公式包括：
；
其中，为所述系统响应函数，Pa为所述实际螺距角，Pe为所述期望螺距角，K为惯性环节增益，TS＋1为时间常数；
根据所述系统响应函数优化所述空气螺旋桨动力学模型。
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：
采用转艏力矩整合公式，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，所述转艏力矩整合公式包括：
；
其中，为所述气垫船转艏力矩，/>为所述风载荷转艏力矩，/>为所述摩擦载荷转艏力矩，/>为所述空气螺旋桨转艏力矩，/>为所述矢量喷管转艏力矩，/>为所述空气舵转艏力矩。
6.一种气垫船的运动控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于分别获取风载荷、冰面摩擦载荷、期望艏向、期望航速以及期望侧滑；
环境力模块，用于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；
空气舵模块，用于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；
矢量喷管模块，用于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；
抵消模块，用于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；
空气螺旋桨模块，用于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；
推力模块，用于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；
转艏力矩模块，用于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；
控制模块，用于采用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；
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：
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：
；
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；
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：
；
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；
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：
将所述期望艏向输入到艏向控制器中，生成舵角；
根据所述舵角，采用插值法，生成压力中心系数；
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；
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：
将所述期望侧滑输入到侧滑控制器中，生成方向角；
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；
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：
将所述期望航速输入到航速控制器中，生成螺距角；
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；
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。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101228065A (zh) * | 2005-07-20 | 2008-07-23 | 丰田自动车株式会社 | 船舶操纵设备 |
| CN108545074A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-18 | 哈尔滨工程大学 | 一种利用艏喷管实现全垫升气垫船航向控制的方法 |
| CN115859652A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-28 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于改进金鹰优化算法的全垫升气垫船矢量推力层级分配方法 |
| WO2023050636A1 (zh) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种全垫升气垫船路径跟踪方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE541652C2 (en) * | 2017-10-23 | 2019-11-19 | Kongsberg Maritime Sweden Ab | Navigation system with independent control of lateral and longitudinal thrust |
| CN117234086A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-12-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种全垫升气垫船航速航向指定时间快速控制方法 |
-
2024
- 2024-01-09 CN CN202410026148.6A patent/CN117539267B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101228065A (zh) * | 2005-07-20 | 2008-07-23 | 丰田自动车株式会社 | 船舶操纵设备 |
| CN108545074A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-09-18 | 哈尔滨工程大学 | 一种利用艏喷管实现全垫升气垫船航向控制的方法 |
| WO2023050636A1 (zh) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种全垫升气垫船路径跟踪方法 |
| CN115859652A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-28 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于改进金鹰优化算法的全垫升气垫船矢量推力层级分配方法 |
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| Publication number | Publication date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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