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申请/专利权人：哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地;哈尔滨工程大学

摘要：本发明提供一种气垫船运动操纵控制系统与舵桨协调分配方法，涉及船舶运动控制技术领域，该系统包括运动学模型、固定时间干扰观测器、纵向速度滑模控制器、航向滑模控制器、有限时间纵向速度控制器、有限时间航向控制器以及舵桨协调分配模块；运动学模型用于监测气垫船的运动状态；固定时间干扰观测器用于生成补偿数据；纵向速度滑模控制器用于生成第一纵向控制力；航向滑模控制器采用双幂次趋近律生成第一转艏控制力矩；有限时间纵向速度控制器采用Gaussian误差函数，生成第二纵向控制力；有限时间航向控制器用于生成第二转艏控制力矩；舵桨协调分配模块采用蝗虫优化算法，生成操控面控制指令。该系统可以提高气垫船的操控性和安全性。

主权项：1.一种气垫船运动操纵控制系统，其特征在于，包括运动学模型、固定时间干扰观测器、纵向速度滑模控制器、航向滑模控制器、有限时间纵向速度控制器、有限时间航向控制器以及舵桨协调分配模块；所述运动学模型用于监测气垫船的运动状态；所述固定时间干扰观测器用于根据所述运动状态，生成补偿数据；所述纵向速度滑模控制器用于根据所述补偿数据和期望纵向速度，采用双幂次趋近律，生成第一纵向控制力；所述航向滑模控制器用于根据所述补偿数据和期望艏向角，采用所述双幂次趋近律，生成第一转艏控制力矩；所述有限时间纵向速度控制器用于采用Gaussian误差函数，将所述第一纵向控制力转化为第二纵向控制力；所述有限时间航向控制器用于将所述第一转艏控制力矩转化为第二转艏控制力矩；所述舵桨协调分配模块用于根据所述第二纵向控制力和所述第二转艏控制力矩，采用蝗虫优化算法，生成操控面控制指令；所述有限时间纵向速度控制器用于通过有限时间纵向控制公式组将所述第一纵向控制力转化为所述第二纵向控制力，所述有限时间纵向控制公式组包括： ；其中，为虚拟控制律，m为气垫船质量，v为横向速度、r为回转角速度，为沿x轴方向的外界干扰力与所述气垫船质量的比值的估计值，为期望纵向加速度，和均为所述有限时间纵向速度控制器的参数，且和均大于0，为纵向速度偏差，为所述纵向速度偏差的导数，l和p为互质的奇数，且0＜lp＜1，均为大于0的设计参数，为纵向速度滑模面，α＞0，0＜β＜1，为所述气垫船在所述x轴方向的合外力，为辅助控制信号，为Nussbaum函数，为所述辅助控制信号的上界，为所述第一纵向控制力，为所述Gaussian误差函数限幅后的纵向控制力，即所述第二纵向控制力，为所述虚拟控制律的导数，为所述虚拟控制律的偏差，为虚拟控制律快速终端滑模面；所述有限时间航向控制器用于通过有限时间航向控制公式组将所述第一转艏控制力矩转化为所述第二转艏控制力矩，所述有限时间航向控制公式组包括： ；其中，为艏向角，为船体坐标系下的回转角速度，为所述第一转艏控制力矩，为北东坐标系下的回转角速度，为所述船体坐标系下的回转角加速度，为所述第二转艏控制力矩，y为控制器实际输出艏向角，为辅助控制变量，为横倾角，为所述气垫船在z轴方向的合外力矩，为所述气垫船绕所述z轴方向的转动惯量，为绕所述z轴方向的外界干扰力矩与所述气垫船绕所述z轴方向转动惯量的比值。

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