[發(fā)明專利]一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數(shù)辨識方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011366190.0
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112487555A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)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(yè)大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數(shù)辨識方法，首先建立無干擾條件下水空兩棲潛水器水中沉浮狀態(tài)下的動力學模型，然后根據(jù)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(tài)下動力學模型中無量綱阻力系數(shù)的辨識模型，最后利用一段時間的觀測數(shù)據(jù)，采用最小二乘法求解辨識模型，得到水空兩棲潛水器沉浮狀態(tài)下動力學模型中無量綱阻力系數(shù)的估計值。本發(fā)明通過最小二乘估計的方法對水空兩棲潛水器沉浮狀態(tài)下動力學模型中的無量綱阻力系數(shù)進行了辨識，為建立精確完整的兩棲潛水器動力學模型提供基礎，有益于水空兩棲潛水器控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

技術領域

本發(fā)明涉及水空兩棲航行器技術領域，具體為一種兩棲潛水器動力學模型系數(shù)辨識方法。尤其涉及一種基于最小二乘的水空兩棲潛水器沉浮狀態(tài)下的動力學模型中的無量綱阻力系數(shù)辨識方法。

背景技術

水空兩棲潛水器是一種既能在空中飛行又能在水下潛航的潛水器，它集合了飛機的快速性、靈活性與潛水器的隱蔽性于一身，能執(zhí)行多任務巡航，滿足了海洋科學工程對特定海域同時進行空中、水面和水下的探測需求。水空兩棲潛水器動力學模型是潛水器控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的基礎，因此對動力學模型參數(shù)的準確辨識對兩棲潛水器性能的提高有重大意義。

目前，國內(nèi)對兩棲潛水器的研究還處于初步階段。現(xiàn)有的對水下機器人動力學參數(shù)辨識的主要方法有經(jīng)驗法、試驗法。前者利用機器人的幾何外形計算流線形機器人的水動力參數(shù)，從已測試過的模型中進行歸納，利用外形類似和水動力參數(shù)已知的系統(tǒng)進行對比得到新系統(tǒng)的參數(shù)，適用對象較單一且精度不高；后者是目前最常用的一種方法，研究的是基于系統(tǒng)輸入/輸出的本質特性建立的動力學數(shù)學模型，其中的未知參數(shù)是根據(jù)模型輸出與測量輸出的誤差函數(shù)的均方差最小確定的。經(jīng)驗法大多用于相關研究成果較多的領域，對于處于起步階段的水空兩棲潛水器研究來說，使用該方法進行動力學參數(shù)辨識難度大且精確度不高；試驗法是目前被認為進行參數(shù)辨識最好的方法，但多用于陸地和空中等機器人系統(tǒng)的參數(shù)辨識，還未涉及到對水空兩棲潛水器動力學模型的參數(shù)辨識。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述背景技術提出的問題，本發(fā)明提出了一種基于最小二乘法的水空兩棲潛水器沉浮狀態(tài)下動力學模型無量綱阻力系數(shù)辨識方法，對建立完整精確的水空兩棲潛水器沉浮狀態(tài)下動力學模型提供基礎，有益于潛水器控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

本發(fā)明的技術方案為：

所述一種水空兩棲潛水器無量綱阻力系數(shù)辨識方法，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(tài)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(huán)境的液體密度，A為水空兩棲潛水器在沉浮狀態(tài)下的迎流面積，C_D為待辨識的無量綱阻力系數(shù)，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(jù)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(tài)下動力學模型中無量綱阻力系數(shù)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(tǒng)輸出量的第k次觀測值，h(k+1)為水空兩棲潛水器系統(tǒng)輸出量的第k+1次觀測值，h(k+2)為水空兩棲潛水器系統(tǒng)輸出量的第k+2次觀測值；ΔV(k)為水空兩棲潛水器系統(tǒng)的第k個輸入量；系數(shù)

步驟3：利用數(shù)據(jù)長度為n的觀測數(shù)據(jù)，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(tài)下動力學模型中無量綱阻力系數(shù)的估計值。