[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310433161.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN103455037A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉;徐達(dá);嚴(yán)浙平;邊信黔;李本銀;周佳加
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10;G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種UUV返回水下工作站的自主回收控制系統(tǒng)。本發(fā)明涉及的是一種UUV返回水下工作站的自主回收控制方法。

背景技術(shù)

由于任務(wù)需要及自帶能源的約束，UUV在水下工作的時(shí)間有限，必須對(duì)其進(jìn)行回收來補(bǔ)充能量、上傳數(shù)據(jù)、下載指令和維護(hù)保障。由于水下回收平臺(tái)活動(dòng)范圍的隱蔽性及安全性需要，要求UUV的回收過程必須在不借助第三方輔助設(shè)備的條件下，實(shí)現(xiàn)UUV自主返回水下工作站上的搭載平臺(tái)。UUV水下自主回收不僅受時(shí)間和空間的約束很小，還可節(jié)省大量的輔助設(shè)備和人力，但是目前仍有許多急需解決的關(guān)鍵問題，例如回收過程中UUV的復(fù)雜受力、未知環(huán)境下的非線性運(yùn)動(dòng)控制等。

考慮到回收坐落過程中，UUV受到的水動(dòng)力特性發(fā)生劇烈變化，導(dǎo)致了UUV數(shù)學(xué)模型的不確定性以及近壁面環(huán)境擾動(dòng)的隨機(jī)性，故采用自適應(yīng)算法進(jìn)行控制，原因在于對(duì)于特性參數(shù)有較大范圍變化的系統(tǒng)，自適應(yīng)控制器仍能自動(dòng)地保持在某種意義下的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

哈爾濱工程大學(xué)侯恕萍在《機(jī)器人》（2005年第3期）發(fā)表的文章《水下機(jī)器人主動(dòng)對(duì)接裝置的協(xié)調(diào)控制研究》在對(duì)接裙外側(cè)安裝有四只兩自由度對(duì)接機(jī)械手，用來實(shí)現(xiàn)在惡劣的海洋環(huán)境下水下機(jī)器人與失事潛器的準(zhǔn)確對(duì)接，并應(yīng)用離散事件系統(tǒng)理論實(shí)現(xiàn)四只機(jī)械手與水下機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，解決了系統(tǒng)的時(shí)間性問題，使之成為切實(shí)可行的控制方法。但應(yīng)用機(jī)械手臂的自主回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易產(chǎn)生更多的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可以使UUV安全、精確地實(shí)現(xiàn)回收坐落到搭載平臺(tái)的基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制系統(tǒng)。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制系統(tǒng)包括水面監(jiān)控計(jì)算機(jī)1、使命管理計(jì)算機(jī)2、動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3、視覺傳感器5、短基線定位聲吶6、姿態(tài)傳感器7、多普勒測(cè)速儀8、主推進(jìn)器9和槽道輔助推進(jìn)器10，水面監(jiān)控計(jì)算機(jī)1、使命管理計(jì)算機(jī)2及動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，UUV自適應(yīng)回收控制系統(tǒng)4嵌入在使命管理計(jì)算機(jī)2中，視覺傳感器5、短基線定位聲吶6、姿態(tài)傳感器7、多普勒測(cè)速儀8通過串口通信將采集到的信息送入動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3，動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3通過電信號(hào)來控制主推進(jìn)器9和槽道輔助推進(jìn)器10。

本發(fā)明的基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制系統(tǒng)還可以包括：

1、視覺傳感器5、短基線定位聲吶6安裝在UUV腹下。

2、態(tài)控制計(jì)算機(jī)3與使命管理計(jì)算機(jī)2之間的發(fā)送頻率為2Hz。

本發(fā)明的基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制方法為：

視覺傳感器5、短基線定位聲吶6、姿態(tài)傳感器7、多普勒測(cè)速儀8采集UUV回收過程中的位姿信息，通過串口進(jìn)行通信發(fā)送給動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3，再通過網(wǎng)絡(luò)通信傳遞給使命管理計(jì)算機(jī)2；

使命管理計(jì)算機(jī)2利用實(shí)時(shí)位姿信息與水下工作站上的搭載平臺(tái)回收中心之間的偏差，運(yùn)用自適應(yīng)控制算法計(jì)算出控制UUV六自由度運(yùn)動(dòng)的控制器輸出，并通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳遞給動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3；

動(dòng)態(tài)控制計(jì)算機(jī)3經(jīng)過推力分配及運(yùn)動(dòng)控制解算，利用調(diào)節(jié)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制電壓來調(diào)整主推進(jìn)器9和槽道輔助推進(jìn)器10的輸出力和力矩，進(jìn)而控制UUV在近壁面回收過程中的位置和姿態(tài)。

本發(fā)明的基于自適應(yīng)算法的UUV水下回收控制方法還可以包括：

1、所述UUV回收過程中的位姿信息包括UUV的速度，隨艇坐標(biāo)系下UUV中心距離回收平臺(tái)中心點(diǎn)的X、Y方向距離及Z方向高度，UUV深度、橫傾角度、縱傾角度及UUV艏向與回收平臺(tái)艏向間夾角。

2、所述水下工作站上的搭載平臺(tái)是在水下工作站脊背上設(shè)置的專門用于UUV回收的回收搭載平臺(tái)，回收搭載平臺(tái)上安裝有UUV鎖緊裝置，UUV首先從遠(yuǎn)處接近水下工作站，當(dāng)?shù)竭_(dá)回收搭載平臺(tái)上方一定高度處時(shí)與水下工作站保持相對(duì)靜止，即如果水下工作站處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則UUV在各方向的運(yùn)動(dòng)速度與水下工作站保持一致，回收控制器根據(jù)位姿信息，調(diào)整UUV位置和姿態(tài)，令UUV中心到達(dá)回收搭載平臺(tái)中心點(diǎn)正上方，且艏向與回收搭載平臺(tái)艏向一致，然后UUV開始緩慢下降，直至UUV坐落在回收平臺(tái)上，再利用鎖緊裝置將UUV固定在回收搭載平臺(tái)上，使UUV可以隨艇而動(dòng)，即UUV回收過程結(jié)束。

3、所述令UUV中心到達(dá)回收搭載平臺(tái)中心點(diǎn)正上方的方法為UUV距離回收點(diǎn)高度大于2米時(shí)采用短基線定位聲吶聲學(xué)導(dǎo)引，小于等于2米時(shí)采用視覺傳感器視覺導(dǎo)引。

4、令UUV艏向與回收搭載平臺(tái)艏向一致是采用對(duì)線控位方法。