[發明專利]一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數辨識方法

在審

• 申請號: 202011366190.0
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112487555A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張立川;趙蕎蕎;代文帥;唐鑫鑫;任染臻
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數辨識方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立無干擾條件下水空兩棲潛水器水中沉浮狀態下的動力學模型：

其中m為水空兩棲潛水器的質量，h為水空兩棲潛水器的下潛深度，ρ為水空兩棲潛水器所在水下環境的液體密度，A為水空兩棲潛水器在沉浮狀態下的迎流面積，C_D為待辨識的無量綱阻力系數，g為重力加速度，ΔV為水空兩棲潛水器皮囊排水體積的變化；動力學模型中，以水空兩棲潛水器皮囊排水體積的變化ΔV為輸入量，以水空兩棲潛水器的下潛深度h為輸出量；

步驟2：根據步驟1建立的動力學模型，離散化處理得到水空兩棲潛水器沉浮狀態下動力學模型中無量綱阻力系數的辨識模型為

h(k+2)＝a₁h(k+1)+a₂h(k)+b₁ΔV(k)

其中h(k)為水空兩棲潛水器系統輸出量的第k次觀測值，h(k+1)為水空兩棲潛水器系統輸出量的第k+1次觀測值，h(k+2)為水空兩棲潛水器系統輸出量的第k+2次觀測值；ΔV(k)為水空兩棲潛水器系統的第k個輸入量；系數

步驟3：利用數據長度為n的觀測數據，采用最小二乘法求解步驟2建立的辨識模型，得到水空兩棲潛水器沉浮狀態下動力學模型中無量綱阻力系數的估計值。

2.根據權利要求1所述一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數辨識方法，其特征在于：步驟1中，建立所述動力學模型時，對水空兩棲潛水器所做假設為：水空兩棲潛水器是一個均勻的剛體；慣性坐標系原點與潛水器質心及幾何中心處于同一個位置；海空兩棲潛水器所受重力始終保持不變，不受飛行高度等因素影響。

3.根據權利要求1所述一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數辨識方法，其特征在于：步驟1中，所述動力學模型通過以下過程得到：潛水器收到下沉指令時，動力裝置會控制水空兩棲潛水器中皮囊排水體積發生變化，則水空兩棲潛水器在地面坐標系中，豎直方向的運動規律根據牛頓第二定律得到

其中ΔP為變化浮力，ΔP＝ρgΔV，R_t為水空兩棲潛水器在水中所受到的水動力：

U為潛水器的沉浮速度，從而得到

以水空兩棲潛水器皮囊排水體積的變化ΔV為輸入量，以水空兩棲潛水器的下潛深度h為輸出量，得到水空兩棲潛水器在地面坐標系中，豎直方向的動力學模型為：

考慮水空兩棲潛水器沉浮運動時的速度較低，認為潛水器的阻力與速度成線性關系，得到線性化后的動力學模型為：

4.根據權利要求1所述一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數辨識方法，其特征在于：步驟3中，采用最小二乘法求解步驟2建立的辨識模型的過程為：利用數據長度為n的觀測數據，代入辨識模型得到

令

Y＝[h(3) h(4)...h(n)]^T

θ＝[a₁ a₂ b₁]^T

得到Y＝Xθ，X為信息矩陣，θ為待估參數，利用最小二乘估計，取準則函數：

得到θ的估計：

進而根據估計值解算水空兩棲潛水器沉浮狀態下無量綱阻力系數C_D的估計值。