[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

本發明提供了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，根據潛器的實時深度、懸停目標深度、深度變化速率，實時自動計算生成注排水指令，實現了基于注排水的水下潛器自動懸停。本發明適用于具有注排水能力的水下潛器，能夠在一定初始不均衡量的情況下，自動控制注排水，實施水下潛器的自動懸停，滿足水下潛器對于深度自動保持的需求。在300L初始不均衡量、均勻密度層條件下，實現了水下潛器深度穩定精度為±5m的自動懸停。本發明不需要依賴操縱人員的操縱經驗，懸停控制精度穩定可靠。

技術領域

本發明屬于水下潛器操縱控制技術領域，具體涉及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。

背景技術

水下潛器在執行任務過程中存在水下懸停的工況需求，如常規潛艇有水下懸停的戰術戰法，且懸停時可提高聲吶探測距離；多任務潛艇的特種作戰需求，如搭載、布放和回收都要求潛艇處于水下懸停狀態。由于水下海洋環境復雜，通過注排水來實時改變潛器浮力和重力的關系是一種重要的控制手段，但是需要操縱人員根據深度差來自行判斷注排水量及注排水的時機，由于水下潛器的運動慣性大，具有明顯的時滯效應，導致水下懸停的穩定精度嚴重依賴于操縱人員的經驗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供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，用于實現基于注排水的水下潛器自動懸停。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于注排水的水下潛器自動懸停控制系統，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，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。

按上述方案，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：

進一步的，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。

按上述方案，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)。

進一步的，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。