[發明專利]一種AUV的浮力調節方法

有效

• 申請號: 201310616425.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104670439B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 徐春暉;武建國;劉鐵軍;王軼群
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/24;B63G8/22;B63G8/26
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術領域

本發明涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種用于AUV（自主水下機器人）的浮力調節方法。

背景技術

AUV航行深度可達數千米，由于不同水域、不同水深、不同溫度引起海水密度變化，并隨著下潛深度的增加，AUV耐壓結構發生彈性形變引起排水體積的變化，這些因素會導致AUV正浮力值發生改變（已經確定好的重力、浮力平衡被打破），尤其是AUV初次到某一海區需要在某一深度作業時，以往都是通過多次下水后，根據姿態數據調整浮力配平結果。但是由于AUV在海洋環境里下潛的時間非常長，且海上條件嚴酷，不便于多次作業。

發明內容

為了使AUV在海洋環境（海水密度與淺水不同且未知，密度差大）下能自動調整自己的正浮力，本發明要解決的技術問題是提供一種AUV的浮力調節方法，使AUV可以在海洋環境中穩定航行并作業。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種AUV的浮力調節方法。

需要如下設備：

浮力調節裝置，安裝于AUV上，用于通過減小AUV的排水量來減少AUV的正浮力；

垂直槽道電機，安裝于AUV上，用于通過電力控制AUV的升沉；

CTD儀器，安裝于AUV中，用于測量AUV所在位置的CTD數據；

深度傳感器，安裝于AUV中，用于測量AUV所在位置的水深；

控制計算機，連接浮力調節裝置、CTD儀器和深度傳感器，用于控制垂直槽道電機的開閉，根據CTD儀器和深度傳感器的數據計算浮力調節裝置的排水體積并控制其排水；

浮力調節裝置為兩臺，左右對稱的安裝于AUV兩側。

一種AUV的浮力調節方法，包括以下步驟：

對AUV的當前正浮力狀態進行估算；

根據AUV的實際情況確定AUV本次浮力調節需要減小的正浮力；

為了減小所述正浮力，計算AUV上的浮力調節裝置需要排出水的體積。

所述對AUV的當前正浮力狀態進行估算，包括以下步驟：

使AUV以當前深度向下n米作為目標深度，進行懸停下潛；

AUV在適合航行時正浮力F_tar性能下潛到目標深度并穩定的時間為t，從t時刻后，間隔一段時間對垂直槽道電機轉速進行采樣，并計算出采樣轉速均值r_avg；

當r_avg≥r_max時，則認為此時距離目標正浮力很大，超過一次調節正浮力的最大量；

當r_avg<r_max時，可以通過公式（1）

F=a*R²+b*R+c,R<r_max????（1）

估計出AUV當前的正浮力，給出評估的正浮力值F_eva；其中，F表示AUV的正浮力，R表示AUV的垂直槽道電機的轉速，a、b、c為常量，由水動力試驗測得。

所述n的取值范圍為5-10。

所述對垂直槽道電機轉速進行采樣大于2組。

所述根據AUV的實際情況確定AUV本次浮力調節需要減小的正浮力，包括以下情況：

如果r_avg≥r_max，則將本次的浮力調節量設置為AUV單次浮力調節能力的最大量；

如果AUV懸停時在目標深度范圍內，則深度可以穩定控制；若此時垂直槽道電機的采樣轉速均值r_avg滿足適合航行時正浮力F_tar對應的轉速范圍r_tar±δ，則認為正浮力已經達到了期望的適合航行時正浮力F_tar，結束浮力調節；

如果AUV懸停時在目標深度范圍內，則深度可以穩定控制；若此時垂直槽道電機的采樣轉速均值r_avg未能滿足適合航行時正浮力F_tar對應的轉速范圍r_tar±δ，則將正浮力狀態的估算值與適合航行時正浮力的差值F_eva-F_tar作為輸入量；

如果AUV懸停時不在目標深度范圍內，則目前深度無法穩定控制；若此時垂直槽道電機的采樣轉速均值r_avg滿足適合航行時正浮力F_tar對應的轉速范圍r_tar±δ，則認為此時距離適合航行的正浮力比較接近，按照可調節的最小量進行微調；

如果AUV懸停時不在目標深度范圍內，則目前深度無法穩定控制；若此時垂直槽道電機的采樣轉速均值r_avg未能滿足適合航行時正浮力F_tar對應的轉速范圍r_tar±δ，則將正浮力狀態的估算值與適合航行時正浮力的差值F_eva-F_tar作為輸入量。

所述AUV上的浮力調節裝置需要排出水的體積通過下式計算：