[發明專利]面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201110195490.1
• 申請日: 2011-07-13
• 公開（公告）號: CN102279599A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 邊信黔;周佳加;嚴浙平;張勛;徐健;吳迪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種UUV航速控制裝置及方法，具體地說是一種面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制裝置及方法。

背景技術

無人潛航器(Unmanned?Underwater?Vehicles，簡稱UUV)又稱無人水下航行器或水下機器人是高新技術的集成體，其在復雜的海洋環境中自主完成預先規劃的使命任務是極具挑戰性的，而設計穩定、可靠的運動控制系統是其在盡可能滿意的完成使命任務的同時確保自身安全的關鍵技術之一。在運動控制問題中，航速控制系統是實現其它運動控制的前提，一旦UUV達不到設計航速，其余運動控制將受限，甚至大大低于設計指標，從而使命任務失敗。因此，急需一種能夠在多工況下，使UUV均能穩定、安全作業的航速控制系統。

熊華勝等人于2005年發表“魯棒H∞濾波器在AUV航向控制中的應用仿真”(機器人，Vol.27，No.6，P526-P530)。該文為保證航向控制滿足設計要求，采用反饋式控制方式對航速進行實時精確控制。但是，在實際作業過程中，某些工況常常降低UUV的能量利用率，如在水域作業過程中速度測量傳感器不可避免發生波動，此時利用實時精確的航速控制方法控制航速將產生倒車現象，下個控制節拍將繼續對航速進行調整，如此錯車必將增大單位千米的耗電量。

Hegrenaes等人于2008年發表“Model-Aided?Inertial?Navigation?for?Underwater?Vehicles”(In?Proceedings?of?the?IEEE?International?Conterence?on?Robotics?and?Automation，Pasadena)。該文提出在UUV執行任務過程中采用速度開環的方式對推進器的轉速進行控制，但是當UUV航速不高且海流不能忽略的情況下，開環航速控制很有可能達不到設計要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種當UUV任務要求及作業環境發生改變時，它能夠迅捷的對UUV的航速進行切換控制，強化UUV自主控制的作用，在滿足UUV航速控制的同時能提高航行安全性的面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制裝置。本發明的目的還在于提供一種面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制方法

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制裝置包括任務控制模塊1、量級航速控制通道2、精確航速控制通道3、運動控制模塊4和感知模塊5；任務控制模塊1分別與量級航速控制通道2、精確航速控制通道3、運動控制模塊4和感知模塊5相互連接；量級航速控制通道2和精確航速控制通道3均與運動控制模塊4連接。

量級航速控制通道2和精確航速控制通道3構成航速控制通道。

本發明的面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制方法為：

由任務控制模塊1、量級航速控制通道2、精確航速控制通道3、運動控制模塊4和感知模塊5構成面向海洋觀測作業的UUV航速雙工控制裝置；

所述的任務控制模塊1對UUV的系統狀態及作業環境進行監控并與運動控制模塊4進行信息交互，實時接收運動控制模塊4發送的狀態、位姿信息及海流剖面信息，同時，結合UUV任務和海洋環境信息選擇航速控制方式，通過量級航速控制通道2和精確航速控制通道3將控制指令發送至運動控制模塊4；

所述的量級航速控制通道2為平均航速控制模塊，控制周期T₁為10s；包含先前的航速-電壓調試經驗，利用任務控制模塊1下達的航速指令與數字化控制量之間的非線性映射關系得到當前航速指令的數字化控制量；同時，根據控制周期T₁時間間隔內的平均航速，以及海流剖面儀測量得到的海流狀態修正之前得到的數字化控制量，并發送到運動控制模塊4；在控制周期T₁內，修正后的數字化控制量保持不變；

所述的精確航速控制通道3為實時航速控制模塊，控制周期T₂為0.5s；對當前航速信息進行反饋，利用PID算法得到當前航速指令的數字化控制量，并發送到運動控制模塊4，使UUV航速精確的反映當前指令航速；

所述的運動控制模塊4接收量級航速控制通道2和精確航速控制通道3下傳的數字化控制量，執行控制指令；同時，將指令執行情況反饋給任務控制模塊1；

所述的感知模塊5負責采集UUV的狀態、位姿信息及海流剖面信息，為UUV自主切換航速控制方式及進行航速控制提供反饋信號。