[發明專利]一種水下自主航行器X型舵控制方法

有效

• 申請號: 202011539746.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112591060B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 馮朝;向偉;席曉犇;熊華喬;唐文政
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團有限公司第七一0研究所
• 主分類號: B63G8/20
• 分類號: B63G8/20;B63G8/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

1.一種水下自主航行器X型舵控制方法，其特征在于，將X型舵投影至水平舵和垂直舵，對航行器的垂向運動、側向運動和橫滾進行控制，并對舵角的限幅進行約束，從而實現平臺在水面水下的穩定航行，包括如下步驟：

步驟1、取水下自主航行器坐標系Oxyz，O為航行器的浮心，Ox沿水下自主航行器的縱軸指向前方，Oy軸垂直于Ox軸指向上方，Oz軸垂直于Ox軸和Oy軸，其方向使坐標系成為右手系；設置四個舵面分別與Oy軸和Oz軸成45°角，形成X型舵分布；根據水下自主航行器的X型舵分布，以右上角舵為δ₁，逆時針依次為δ₂、δ₃、δ₄；

步驟2、水下自主航行器中舵機系統上電后，舵角指令正常下達，并反饋正常；

步驟3、將X型舵投影至Oy軸和Oz軸上，以Oy軸舵角控制垂直方向運動，Oz軸舵角控制水平方向運動，根據航行控制所需要深度保持的水平舵、航向保持的垂直舵、不產生翻滾力矩的差動舵，得到X型舵與十字舵的舵角轉換公式；步驟3，具體包括如下步驟：

步驟301、定義舵角正負：水下自主航行器的水平舵角為δ_e，水下自主航行器的垂直舵角為δ_r，從艉向艏看，右舵和下舵為正；航行器X型舵分布，以右上角舵為δ₁，逆時針依次為δ₂、δ₃、δ₄，從艉向艏看，δ₁和δ₃右下舵為正，δ₂和δ₄左下舵為正；

步驟302、根據垂直方向和水平方向的受力分析，即航行控制所需要深度保持的水平舵、航向保持的垂直舵，得到：

步驟303、增加橫滾控制，X型舵的四個舵對水下自主航行器產生的翻滾力矩對應的差動舵角為δ_d，用于平衡潛航器在水下由于自身衡重所引起的橫滾：

步驟304、得到δ_e，δ_r，δ_d與δ₁，δ₂，δ₃，δ₄的關系，即為X型舵與十字舵的舵角轉換公式：

步驟4、反推X型舵中四個舵角的大小，并對舵角進行限幅，從而實現X型舵的航行控制；步驟4，具體包括如下步驟：

步驟401，根據矩陣求逆可推算出X型舵四個舵角的角度值分別為：

步驟402，水下自主航行器的水平舵角δ_e和垂直舵角δ_r的上下限為舵角幅值±δ，以水平舵角δ_e作為基準，水平舵角δ_e的取值范圍為[-δ，+δ]，垂直舵角的取值范圍為[-(δ-δ_d-δ_e)，+(δ-δ_d-δ_e)]，從而確保δ₁，δ₂，δ₃，δ₄的上下限不超舵角幅值±δ；

根據水下自主航行器不同速度，通過實航或仿真試驗得到δ_d的值。