[發明專利]一種信息高度集成化的水下航行控制臺及航行控制方法

有效

• 申請號: 202010637279.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111857137B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 聶華;謝坤;吳方良;鄒永鑄;杜羅娜
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張宇;胡建平

1.一種信息高度集成化的水下航行控制臺，其特征在于，包括：柜體、加固計算機、通訊模塊及功能面板；

所述加固計算機通過所述通訊模塊和所述功能面板與其他設備實現信息交互與共享，并對操艇系統、電力系統和推進系統運行狀態信息進行綜合處理、記錄及顯示，實現航路規劃和航跡跟蹤；

所述功能面板由推進電機遙控模塊、均衡潛浮模塊、操舵模塊、應急顯示模塊及自檢報警模塊組成，其中，所述推進電機遙控模塊用于實現推進電機的遠程控制和狀態采集，所述均衡潛浮模塊用于實現潛器的均衡和潛浮控制，所述操舵模塊用于實現潛器的操舵控制，所述應急顯示模塊用于計算機故障或失去主電后的目標參數信息應急顯示，所述自檢報警模塊用于水下航行控制臺的自檢，并能在運行過程中對系統越線參數進行報警；

所述加固計算機包括航路規劃模塊；

所述航路規劃模塊，用于設計基于航行安全性和最短時間的目標函數，進而采用圖像搜索算法完成目標航路的規劃；

由確定航行安全性建立目標函數，其中，p表示規劃的航跡路徑中的航跡點，obs表示距離p最近障礙物，dis函數是計算p與obs之間的距離，其中，基于航行安全性建立的目標函數越小，潛艇目標路徑距離障礙物和危險區越遠；

在滿足安全性基礎上，由建立最短航行時間的目標函數，其中，基于最短航行時間的目標函數越小，總路程越短，航行時間也越短，i表示規劃的航跡路徑中的第i個航跡點，dis(p(i),p(i+1))表示第i個航跡點p(i)與第i+1個航跡點p(i+1)之間的距離。

2.根據權利要求1所述的控制臺，其特征在于，所述加固計算機包括航跡控制模塊；

所述航跡控制模塊用于由舵角控制環、航向控制環和制導環組成航跡控制，通過航跡誤差得出航向控制指令，通過航向誤差得出舵角控制指令，最后由舵角閉環完成控制。

3.根據權利要求2所述的控制臺，其特征在于，所述加固計算機包括航跡跟蹤模塊；

所述航跡跟蹤模塊用于在初始進入時，按照預設速度返回航跡；在直線段航跡時按要求精度保持航跡；在轉向時按照所述預設速度跟蹤新航跡，并使航跡偏差小于預設偏差值。

4.根據權利要求1至3任意一項所述的控制臺，其特征在于，所述控制臺還包括：電源模塊及加固液晶顯示屏；

所述電源模塊用于為所述加固計算機提供電源；所述加固液晶顯示屏用于顯示各系統設備參數。

5.一種信息高度集成化的水下航行控制方法，其特征在于，包括：

設計基于航行安全性和最短時間的目標函數，進而采用圖像搜索算法完成目標航路的規劃；

由舵角控制環、航向控制環和制導環組成航跡控制，通過航跡誤差得出航向控制指令，通過航向誤差得出舵角控制指令，最后由舵角閉環完成控制；

由確定航行安全性建立目標函數，其中，p表示規劃的航跡路徑中的航跡點，obs表示距離p最近障礙物，dis函數是計算p與obs之間的距離，其中，基于航行安全性建立的目標函數越小，潛艇目標路徑距離障礙物和危險區越遠；

在滿足安全性基礎上，由建立最短航行時間的目標函數，其中，基于最短航行時間的目標函數越小，總路程越短，航行時間也越短，i表示規劃的航跡路徑中的第i個航跡點，dis(p(i),p(i+1))表示第i個航跡點p(i)與第i+1個航跡點p(i+1)之間的距離。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述由舵角控制環、航向控制環和制導環組成航跡控制，通過航跡誤差得出航向控制指令，通過航向誤差得出舵角控制指令，最后由舵角閉環完成控制，包括：

由制導環將綜合導航系統得到的航跡信息與規劃的航線比較，獲取當前時刻的航跡偏差信息，通過航跡算法得到航向控制指令，并將所述航向控制指令發送給航向控制環以消除航跡偏差；

所述航向控制環則將羅經采集的航向信息與所述制導環送來的所述航向控制指令指示的航向進行比較，發出舵角控制指令給舵角控制環以消除航向偏差；

所述舵角控制環驅動舵機，使實際舵角與所述舵角控制指令指示的舵角一致，從而實現了潛器的航跡控制。