[發明專利]一種無纜自治水下航行體的懸停控制方法

無效

• 申請號: 201210487431.6
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103064422A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 劉健;林揚;鄭榮;于闖;徐會希;梁保強
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術領域

本發明涉及一種無纜自治水下航行體（AUV，Autonomous?UnderwaterVehicle）的懸停控制方法，具體地說是無纜自治水下航行體在水下相對于水流靜止并保持固定深度的控制方法。主控計算機通過控制艏部和艉部垂直槽道推進器，實現對水下水下航行體深度和縱傾角的控制，使水下航行體穩定保持在水下設定的深度和穩定的姿態。

背景技術

以往的自治水下水下航行體是通過水下航行體上浮到水面來實現衛星定位校準的，這樣無法保證水下航行體的隱蔽性，同時，當水面航行船只較多時，也無法保證水下航行體的安全性。有鑒于此，我們設計了水下航行體在水下實現衛星定位校準的功能。即當水下航行體需要進行衛星定位校準時，水下航行體在水下8米懸停，然后控制水下航行體內的絞車釋放一定長度的電纜（約12米），電纜另一端的衛星定位信標在正浮力的作用下上浮到水面，進行衛星定位校準。如果懸停時水下航行體的深度和姿態不穩定，會大大降低衛星定位校準的成功率，甚至會導致校準失敗。

發明內容

為了克服目前無纜自治水下航行體無法實現懸停的不足，本發明提供了一種無纜自治水下航行體懸停控制方法。本發明采用的技術方案是：一種無纜自治水下航行體的懸停控制方法，包括以下步驟：

水下航行體采集安裝在航行體上的傳感器信息，將采集到的深度值和縱傾角進行濾波后作為反饋信號，采用PID控制方法實現深度和縱傾角的控制并得到控制量；然后根據推進器布局進行控制量分配，將各推進器的控制量輸出至艏部和艉部垂直槽道推進器，實現懸停控制。

所述將采集到的深度值進行濾波采用排序均值法，具體為采集10個深度數據，然后進行排序，去掉最高值和最低值，取剩余數據的平均值作為當前的真值。

所述采用PID控制方法實現深度和縱傾角的控制具體為：給定目標值和反饋信息包括深度值和縱傾角；給定目標值和反饋信息作差分別得到深度值和縱傾角誤差作為PID控制的輸入。

所述深度和縱傾角的控制量Pn分別通過以下公式得出：

Pn=KP·Δe+∫Δe·dt+Kd·dΔedt]]>

深度值計算的P_n為水下航行體保持一定深度所需要施加的力，而縱傾角值計算的P_n為水下航行體保持一定深度所需要施加的力矩。Δe為誤差，即深度誤差或縱傾角誤差；Kp、Kd為PID的控制參數。

本發明具有以下有益效果及優點：

1.本發明采用的無纜自治水下航行體的懸停控制方法可實現無纜自治水下航行體在設定深度下的穩定懸停，懸停期間水下航行體深度誤差小于±0.5米，縱傾角變化范圍小于±10度。為無纜自治水下航行體順利完成衛星定位校準提供技術保證。

2.本發明為了保證衛星定位校準的順利進行，需要水下航行體在水下相對于水流懸停一段期間，保證水下航行體在水面下一定深度的精確性和縱傾角的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明的水下航行體懸停控制示意圖；

圖2是水下航行體的懸停控制方框圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實例對本發明做進一步的詳細說明。

在水下航行體上設計了艏部和艉部垂直槽道推進器，艏艉推進器完全相同，均為無刷直流電機和螺旋槳組成，而無刷直流電機的供電和轉速等均由主控計算機控制。

在水下航行體上分別安裝了深度傳感器和電子羅盤（含縱傾角傳感器），主控計算機通過串口分別采集深度傳感器的深度數據和電子羅盤的縱傾角數據，為了避免采集的異常值對懸停控制的影響，還對采集到的深度數據進行了排序均值的濾波處理。

主控計算機在實時多用戶操作系統下使用C語言，分別實現了水下航行體深度和縱傾角的控制、推進器的推力分配及控制輸出，進而實現了水下航行體的懸停控制。