[發明專利]一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統和控制方法

在審

• 申請號: 202111208091.4
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN114047772A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 曾浩然;潘晨陽;宋超;謝坤;李環
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

1.一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：包括反饋控制律模塊、微分器和離散模塊、注排水系統和深度測量系統；

反饋控制律模塊的信號接收端分別連接上位機和深度測量系統的信號發送端，反饋控制律模塊的信號發送端分別連接微分器和離散模塊的信號發送端，用于接收懸停目標深度信號、深度變化速率信號和實時深度信號，根據實時深度與懸停目標深度之差、深度變化速率進行線性加權運算，得到中間控制量并發送給微分器和離散模塊；

微分器用于對中間控制量進行微分，獲取深度微分信號；

離散模塊的信號發送端連接注排水系統的信號接收端，用于發送注水信號或排水信號；

注排水系統作用于水下潛器，實現自動懸停控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：微分器采用跟蹤微分器結構，跟蹤微分器的設計參數為r和h，設水下潛器在t＝k*T時刻的深度值為v(k)，同時刻的跟蹤值為x₁(k)，同時刻的微分值為x₂(k)，最速控制綜合函數為fhan()，則離散形式為：

3.根據權利要求2所述的一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：對參數h取計算周期；參數r決定過渡過程的長短，r越大，過渡過程越短，給系統的沖擊越大，r越小，過渡過程越長，沖擊越小；對水下潛器取h＝0.1，r＝5。

4.根據權利要求1所述的一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：設深度差的線性加權系數為k_P，深度變化速率的線性加權系數為k_D，兩者符號一致，反饋控制律模塊采用PD控制計算中間控制量con_temp為：

Con_temp(k)＝k_P×(ζ_cmd(k)-ζ_rt(k))+k_Dζ_{rt_dif}(k)。

5.根據權利要求4所述的一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：離散模塊將連續的中間控制量con_temp按照離散規則進行離散化以匹配注排水系統，生成注排水指令并發送給注排水系統實施注排水；離散模塊的離散規則如下：

若((a1＜Con_temp＜b1)(ζ_{rt_dif}＞0))||(Con_temp＞b1)，則Con＝-1，發送排水指令；

若((b2＜Con_temp＜a2)(ζ_{rt_dif}＜0))||(Con_temp＜b2)，則Con＝1，發送注水指令；

若均不滿足上述條件，則Con＝0，既不發送排水指令也不發送注水指令。

6.根據權利要求5所述的一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，其特征在于：反饋控制律模塊的k_P、k_D及離散模塊的a、b的具體數值通過水下潛器的運動參數和數字仿真迭代確定。

7.一種基于權利要求1至6中任意一項所述的基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S0：搭建自動懸停控制系統，包括反饋控制律模塊、微分器和離散模塊、注排水系統和深度測量系統；反饋控制律模塊的信號接收端分別連接上位機和深度測量系統的信號發送端，反饋控制律模塊的信號發送端分別連接微分器和離散模塊的信號發送端，離散模塊的信號發送端連接注排水系統的信號接收端，注排水系統作用于水下潛器；

S1：反饋控制律模塊接收深度測量系統發送的深度變化速率信號、深度測量信號，接收上位機發送的懸停目標深度，進行線性加權后得到連續的中間控制量，并分別發送給微分器和離散模塊；

S2：微分器將中間控制量微分后發送給離散模塊；

S3：離散模塊接收到中間控制量及其微分信號后，根據離散規則將連續的中間控制量進行離散化，得到注排水指令：

S4：注排水系統接收到注排水指令后實施注水操作或排水操作或不操作，改變潛器的重力與浮力的平衡關系、改變潛器的深度，實現自動懸停控制。