[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

本發明公開了一種水下自主航行器X型舵控制方法，屬于水下自主航行器控制技術領域，該控制方法能夠提高航行器的機動性，使航行器在水面和水下穩定航行。首先取水下自主航行器坐標系Oxyz；設置四個舵面分別與Oy軸和Oz軸成45°角，形成X型舵分布；其次將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；再次將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；最后反推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。

技術領域

本發明涉及水下自主航行器控制技術領域，具體涉及一種水下自主航行器X型舵控制方法。

背景技術

水下自主航行器在水面航行時，垂直舵角上部分受航行器浮力的影響，舵面可能在水面以上，從而影響水面操縱性；水下航行時，在同等舵面積的情況下，X型舵舵效較十字舵有較大的提升，對不超基線的水下航行器而言，有較大的優勢，方便航行器布放回收。

目前在水下自主航行器的控制技術領域，針對十字型舵的控制方法較多，如何設計針對X型舵的控制方法，從而更有效地發揮X型舵的舵效，在保證水下自主航行器穩定航行的基礎上，提高水下自主航行器的機動性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種水下自主航行器X型舵控制方法，能夠提高航行器的機動性，使航行器在水面和水下穩定航行。

為了達到上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

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；

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。

進一步地，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。

進一步地，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：