[實(shí)用新型]無人艇滾轉(zhuǎn)-航向協(xié)調(diào)增穩(wěn)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201822026666.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN209327875U
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王冠林;唐寧;王宜東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東智翼航空科技有限公司
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 于桂賢

本實(shí)用新型提供一種無人艇滾轉(zhuǎn)?航向協(xié)調(diào)增穩(wěn)控制系統(tǒng)，包括推進(jìn)部、推進(jìn)控制部、尾舵部、尾舵控制部和協(xié)調(diào)控制部，推進(jìn)部包括左變距螺旋槳、左驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、右變距螺旋槳和右驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，左變距螺旋槳和右變距螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反，通過槳距差動(dòng)和轉(zhuǎn)速差動(dòng)產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩；推進(jìn)控制部包括滾轉(zhuǎn)角速度陀螺、滾轉(zhuǎn)角速度指令器和滾轉(zhuǎn)角速度控制器，用于滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)；尾舵部包括左舵、左舵機(jī)、右舵和右舵機(jī)，左舵和右舵同步偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生偏航力矩；尾舵控制部包括偏航角速度陀螺、偏航角速度指令器、偏航角速度控制器，用于偏航增穩(wěn)；協(xié)調(diào)控制部用于滾轉(zhuǎn)?偏航協(xié)調(diào)控制。以雙變距螺旋槳和雙舵面協(xié)調(diào)控制作為無人艇的減搖增穩(wěn)方式，能夠改善滾轉(zhuǎn)?偏航操縱品質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種無人艇滾轉(zhuǎn)-航向協(xié)調(diào)增穩(wěn)控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用在無人艇控制技術(shù)領(lǐng)域，能夠改善無人艇的操縱品質(zhì)。

背景技術(shù)

作為一種無人海上運(yùn)載平臺(tái)，高速無人艇可在海洋中承擔(dān)高航速、長航時(shí)、低成本、大范圍、免維護(hù)的科學(xué)考察和軍事任務(wù)。因此高速無人艇在軍事和民用領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景，如生物研究、水文觀測、海圖繪制、環(huán)境監(jiān)測、通訊中繼、資源勘探、領(lǐng)海巡邏、走私緝毒、潛艇跟蹤、情報(bào)搜集和對(duì)艦攻擊等任務(wù)。

為了減小高速無人艇的阻力，通常其艇身為細(xì)長體形。因此高速無人艇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，橫向穩(wěn)定性差。不僅容易出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象，影響平臺(tái)穩(wěn)定；而且容易在急彎和強(qiáng)風(fēng)條件下發(fā)生側(cè)翻，造成嚴(yán)重事故。

為改善高速無人艇的操縱品質(zhì)，通常采用的減搖增穩(wěn)措施包括：雙體船、舭龍骨、減搖鰭、減搖水艙和舵減搖等。雙體船能夠增強(qiáng)船舶的穩(wěn)定性，但會(huì)顯著增加無人艇的寬度，不利于母艦搭載；舭龍骨是廣泛應(yīng)用的簡單被動(dòng)減搖裝置，不能提供主動(dòng)減搖措施，而且會(huì)增加航行阻力；減搖鰭是一種主動(dòng)減搖裝置，需要在艇身外側(cè)安裝減搖鰭及其舵機(jī)，增加了制造成本和系統(tǒng)復(fù)雜度；減搖水艙通過在船身內(nèi)部安裝水艙實(shí)現(xiàn)減搖，但占地大、功耗高，現(xiàn)在已較少使用；舵減搖通過尾舵偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生附加的滾轉(zhuǎn)力矩，因此在工作過程中會(huì)引入不必要的偏航力矩。

為了改善高速無人艇的操縱品質(zhì)，提出了雙螺旋槳-雙尾舵協(xié)調(diào)減搖增穩(wěn)方法。本實(shí)用新型利用了雙螺旋槳的反扭矩，通過槳距差動(dòng)和轉(zhuǎn)速差動(dòng)，直接產(chǎn)生快速穩(wěn)定的減搖力矩，實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角速度增穩(wěn)；通過調(diào)整槳距差動(dòng)和轉(zhuǎn)速差動(dòng)的操縱增益，可組成多種時(shí)變的匹配控制方式；利用雙尾舵產(chǎn)生偏航力矩，不僅克服雙螺旋槳槳距差動(dòng)和轉(zhuǎn)速差動(dòng)導(dǎo)致的偏航力矩，同時(shí)實(shí)現(xiàn)偏航角速度增穩(wěn)；為了進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)滾轉(zhuǎn)角速度和偏航角速度的控制效果，引入偏航-滾轉(zhuǎn)耦合控制和滾轉(zhuǎn)-偏航耦合控制，其中：偏航-滾轉(zhuǎn)耦合控制通過偏航操縱，增強(qiáng)對(duì)滾轉(zhuǎn)角速度的控制效果；滾轉(zhuǎn)-偏航耦合通過滾轉(zhuǎn)操縱，增強(qiáng)對(duì)偏航角速度的控制效果。

與傳統(tǒng)的減搖增穩(wěn)方法相比，本實(shí)用新型避免了減搖過程中產(chǎn)生的不必要偏航力矩，而且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、功耗低，便于高速無人艇搭載。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無人艇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，橫向穩(wěn)定性差，易側(cè)翻的不足，本實(shí)用新型提供一種無人艇滾轉(zhuǎn)-航向協(xié)調(diào)增穩(wěn)控制系統(tǒng)及方法，改善了無人艇的操縱品質(zhì)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所要采用的技術(shù)方案是：一種無人艇減搖增穩(wěn)系統(tǒng)及方法，包括推進(jìn)部、滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)部、尾舵部、偏航增穩(wěn)部和耦合控制部，其中，

推進(jìn)部包括左變距螺旋槳、左驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、右變距螺旋槳和右驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并有：

所述左驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)左變距螺旋槳，所述右驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)右變距螺旋槳，所述左變距螺旋槳和右變距螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反，在產(chǎn)生推力的同時(shí)，通過槳距差動(dòng)和轉(zhuǎn)速差動(dòng)產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩，以及輔助的偏航力矩；

優(yōu)選地，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗-功率曲線選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，以及對(duì)應(yīng)的左變距螺旋槳與右變距螺旋槳的轉(zhuǎn)速范圍；

優(yōu)選地，以槳距差動(dòng)為主，轉(zhuǎn)速差動(dòng)為輔，通過對(duì)左變距螺旋槳與右變距螺旋槳的轉(zhuǎn)速進(jìn)行差動(dòng)控制，輔助槳距差動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)滾轉(zhuǎn)力矩；