[發(fā)明專利]一種水下滑翔機混合航向控制方法、終端及介質(zhì)

有效

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• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114326758B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳卓;魯敏;肖志偉;陳新;楊波浪;吳佳維
• 申請（專利權）人: 湖南國天電子科技有限公司
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 長沙大珂知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 鄧文娟

本發(fā)明提供一種水下滑翔機混合航向控制方法、終端及介質(zhì)，方法包括以下步驟：實時采集水下滑翔機于慣性坐標系下的姿態(tài)參數(shù)和其所在海洋環(huán)境的波浪參數(shù)；構建x軸與z軸的自由表面波流體速度計算模型；再計算受到海浪波動影響的變動角度；并構建實時不規(guī)則波的剖面計算模型；在期望目標航向已知的情況下，采用基于PID模糊控制算法的抗飽和補償控制模型控制水下滑翔機的目標航向。本發(fā)明考慮水下滑翔機在滑翔是尾部垂直舵可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象，構建基于PID模糊控制算法的抗飽和補償控制算法和實時不規(guī)則波的剖面計算模型，充分考慮了水下滑翔機在朝著目標航行方向行進時受到海浪波動影響所帶來的航向角變化，能準確地規(guī)劃其航行方向及路線。

技術領域

本發(fā)明屬于水下滑翔機航行控制技術領域，具體涉及一種水下滑翔機混合航向控制方法、終端及介質(zhì)。

背景技術

水下滑翔機(Autonomous?underwater?glider,AUG)廣泛應用于科學、軍事、民用領域，如海洋探測、軍事搜索等方面。無人操作的遠程探測能力是水下滑翔機發(fā)展的關鍵。其航向控制必須安全有效的指導水下滑翔機在混亂、復雜的海洋環(huán)境中精準運動。因此，如何設計精準可靠的水下滑翔機航向控制系統(tǒng)，同時保證航向控制具有優(yōu)越的適應性和魯棒性是AUG發(fā)展的關鍵因素，對發(fā)展AUG具有重要意義。水下滑翔機在航行過程中是通過尾部垂直舵來改變控制航向，水下滑翔機在水下滑翔時，水下情況比較復雜，擁有較多強干擾尾部垂直舵可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象，對AUG影響較大，不容忽視。當水下滑翔機出現(xiàn)比較大的航向偏差時，航向大偏差和控制輸出飽和會導致AUG失去控制。

目前現(xiàn)有常見的航向控制主要有：

1、傳統(tǒng)PID航向控制；其根據(jù)給定值和實際輸出值構成控制偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。

2、傳統(tǒng)的模糊航向控制；其是一種利用模糊數(shù)學的基本思想和理論的控制方法，以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術。

現(xiàn)有技術中提供的水下滑翔機的航行控制方法主要具有以下確定和不足：

第一，傳統(tǒng)的PID航向控制的缺點和不足：PID控制作為一種線性控制，超調(diào)和振蕩現(xiàn)象較明顯，魯棒性較差；傳統(tǒng)的模糊航向控制的缺點和不足：簡易的模糊控制處理容易導致航向精度降低。

此外，在進行未考慮水下滑翔機所在的海洋環(huán)境中的波浪對實時采集到的水下滑翔機的角度的影響，導致基于PID模糊控制算法的水下滑翔機航行路線規(guī)劃出現(xiàn)誤差，難以精確地確定水下滑翔機的航行狀態(tài)，進而無法準確規(guī)劃水下滑翔機航行路線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述缺陷，提供一種水下滑翔機混合航向控制方法、終端及介質(zhì)。本發(fā)明提供的方法能夠通過基于PID模糊控制算法，進一步考慮水下滑翔機在滑翔是尾部垂直舵可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象，進一步構建抗飽和補償控制算法，并通過實時采集到的水下滑翔機的三維歐拉角參數(shù)、三維坐標參數(shù)、三維運動速度參數(shù)構建實時水下滑翔機所在海洋環(huán)境的不規(guī)則波的剖面計算模型，充分考慮水下滑翔機在朝著目標航行方向行進時受到海浪波動影響所帶來的航向角變化，準確地規(guī)劃水下滑翔機的航行方向及路線。

本發(fā)明提供如下技術方案：一種水下滑翔機混合航向控制方法，包括以下步驟：

S1：實時采集水下滑翔機于慣性坐標系下的三維歐拉角參數(shù)、三維坐標參數(shù)、三維運動速度參數(shù)，并實時采集水下滑翔機所在海洋環(huán)境的波浪參數(shù)；

S2：根據(jù)所述S1步驟采集到的三維坐標參數(shù)構建水下滑翔機所在海洋環(huán)境下的x軸自由表面波流體速度計算模型與z軸自由表面波流體速度計算模型；

S3：利用所述S2步驟得到的x軸自由表面波流體速度計算模型與z軸自由表面波流體速度以及S1步驟采集到的三維運動速度參數(shù)計算水下滑翔機受到海浪波動影響的變動角度；并采用S1步驟采集到的三維坐標參數(shù)和三維歐拉角參數(shù)構建實時水下滑翔機所在海洋環(huán)境的不規(guī)則波的剖面計算模型；