Робастная стабилизация бокового движения судна на воздушной подушке

Обеспечение безопасности движения судов является важнейшей задачей судовождения и остается актуальной в настоящее время. Данная задача обладает особой остротой для скоростных судов, в том числе и для судов на воздушной подушке (СВП), которые в силу особенности своей динамики имеют малый запас устойчивости.

Непосредственной причиной потери устойчивости движения СВП оказывается явление «зарывания» – затягивание гибкого ограждения (ГО) внутрь воздушной подушки [1, 2]. Зарывание СВП может иметь два последствия: нарушение устойчивости с последующим восстановлением и опрокидывание судна. Основная причина опрокидывания СВП на тихой воде – приложение к судну чрезмерного кренящего и дифферентующего на нос моментов, вызванных контактом ГО с водой.

Опыт исследований показывает, что возможность опрокидывания возникает при больших углах, что влечет за собой затягивание ГО под корпус с последующим подломом [1, 2]. На практике такое явление сопровождается резким замедлением скорости хода СВП со значительным ростом дифферента на нос, а также увеличением крена вплоть до опрокидывания. При движении СВП с большей скоростью подлом ГО может наступить и при меньших углах дрейфа, т.е. с увеличением скорости максимальный угол дрейфа уменьшается. В связи с этим при маневрировании СВП нужно обеспечить как можно меньшее значение угла дрейфа, для избегания опрокидывания и повышения безопасности движения.

Одним из направлений достижения безопасности является повышение автоматизации движения. Важным этапом разработки систем и алгоритмов автоматического управления движением является разработка математической модели движения судна. В общем случае математическая модель СВП (как и любого морского судна) представляет собой систему сложных нелинейных дифференциальных уравнений. Они описывают связь угловых и линейных ускорений, скоростей и координат судна с силами и моментами сил, создаваемых движителями и внешней средой [1 – 6].

Движение СВП связано в первую очередь с созданием сил и моментов, прикладываемых к корпусу судна, при этом масса его имеет существенное значение для динамики процессов управления движением. В связи с непредсказуемым характером загрузки судна оценка массы может находиться в достаточно широких пределах. Это усложняет построение системы управления. Кроме того, описание гидродинамических сил и моментов сопротивления также в значительной мере неопределенно. Различные авторы приводят существенно отличающиеся математические соотношения для описания указанных сил и моментов [1 – 6]. Также движение судна связано и с влиянием возмущающих воздействий внешней среды. К ним относятся, главным образом, воздействие со стороны морского волнения и ветра. Априорная оценка таких факторов невозможна. В связи с этим при построении системы управления движением судна должны выбираться такие законы управления, которые смогли бы обеспечить некоторое гарантированное качество процессов управления, а сама система управления, в первую очередь, удовлетворяла требованию грубости (робастности), т.е. обладала способностью функционировать надлежащим образом при наличии неопределенности в управляемом процессе.

Данная работа посвящена вопросу построения робастной системы стабилизации бокового движения СВП.

• Уравнения бокового движения СВП
• Синтез системы робастной стабилизации путевого угла СВП
• Система имитационного моделирования бокового движения СВП
• Результаты моделирования системы стабилизации