[發明專利]波浪滑翔器變航速下自適應艏向控制器及控制方法

在審

• 申請號: 201910123250.7
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109828462A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 李曄;潘愷文;廖煜雷;王磊峰;張蔚欣;盧倪斌;李子圓;武皓微
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種波浪滑翔器變航速下自適應艏向控制器，由三部分串聯結構組成，分別為跟蹤微分器TD、擴張狀態觀測器與曲面控制器，其特征是：所述擴張狀態觀測器中的擾動補償參數b根據波浪滑翔器的當前航速進行實時調節，擾動補償參數b為波浪滑翔器潛體艏向非線性一階KT方程中K與T的比值，在不同航速下利用相似原理得到擾動補償參數b；所述擴張狀態觀測器實時估計系統的總干擾，并調節曲面控制器的曲面偏移值進行干擾補償。

2.一種基于權利要求1所述的波浪滑翔器變航速下自適應艏向控制器的控制方法，其特征是：

第一步：在一個無海流干擾的工況下進行波浪滑翔器回轉運動試驗與Z型操舵試驗，記錄波浪滑翔器的在這個工況下的航速V₀與艏向響應；

第二步：建立波浪滑翔器潛體艏向非線性一階KT方程，并利用回轉運動試驗與Z型操舵試驗的試驗數據辨識波浪滑翔器潛體的參數，之后利用相似原理推算出其他航速下波浪滑翔器潛體的參數；

第三步：將波浪滑翔器期望艏向ψ_E輸入跟蹤微分器安排過渡過程x₁，并得到其微分信號x₂；

第四步：主控計算機依據航速傳感器反饋的波浪滑翔器的當前航速V計算并更新擴張狀態觀測器中的擾動補償參數b；

第五步：將當前波浪滑翔器潛體艏向ψ_G輸入擴張狀態觀測器，輸出3個艏向響應系統的內部狀態信息；

第六步：將擴張狀態觀測器輸出的艏向響應系統的內部狀態信息中艏向與角速度信息分別與跟蹤微分器輸出的期望艏向逼近量及其近似微分作差得到誤差信號，將誤差信號與艏向響應系統的內部狀態信息中的擾動信號輸入曲面控制器，由曲面控制器輸出控制系統期望舵角δ_E；

第七步：主控計算機控制舵機轉至期望舵角δ_E，并返回第三步進行下一節拍的控制。

3.根據權利要求2所述的的控制方法，其特征是：浪滑翔器潛體的參數包括應舵指數T、回轉性指數K、模型非線性項系數α，無海流干擾的工況下航速V₀下的參數為K₀、T₀、α₀，所述利用相似原理推算出的其他航速下波浪滑翔器潛體的參數是指，在航速V下波浪滑翔器潛體的操縱性系數利用無海流干擾的工況下航速V₀下操縱性參數推導得出，表示為：

其中：L為波浪滑翔器潛體長度。

4.根據權利要求3所述的的控制方法，其特征是所述依據航速傳感器反饋的波浪滑翔器的當前航速V計算并更新擴張狀態觀測器中的擾動補償參數b具體包括：

5.根據權利要求2或3或4所述的的控制方法，其特征是曲面控制器的控制模型為：

其中e、為歸一化的誤差信號；u_E為歸一化的控制力輸出；k₁、k₂分別為對應偏差和偏差變化率的控制參數；δ_max為最大輸出舵角；δ_E為期望舵角。