[發明專利]一種水下航行器及其脈沖輸出控制方法

在審

• 申請號: 202210834195.4
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN116482965A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 侯冬冬;都軍民;王凱;經慧祥;秦麗萍;李廣華;張連營;段要全;李治濤;陳飛宇;丁夢磊;王喜夢;尤闖
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一三研究所
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發明涉及一種水下航行器及其脈沖輸出控制方法，屬于汽車水下航行器路徑跟蹤穩定控制領域；基于多推進器動力布局，在經典S面控制算法的基礎上，針對實際航行試驗中姿態調節慣性偏差導致路徑點跟蹤精度降低的問題，本發明采用多推進器脈沖輸出漸近控制與S面非線性控制相結合的混合控制，根據運動姿態參數偏差范圍，分檔位進行推進器脈沖輸出控制，從而降低航行器姿態初始調節的慣性偏差。

技術領域

本發明涉及一種水下航行器及其脈沖輸出控制方法，屬于汽車水下航行器路徑跟蹤穩定控制領域。

背景技術

隨著海洋形勢日趨復雜以及實際各國對海洋資源開發強度不斷增加，水下無人航行器作為人類水下活動的重要工具，在軍民領域逐漸成為各國專家學者爭相研究的重點。軍事應用方面，水下無人系統是現代戰爭中爭奪信息優勢、實施精確打擊、完成特殊任務的重要手段。水下航行器作為水下無人系統的任務載體之一，在該系統中扮演著重要的角色，具有機動性好、隱蔽性好、適應能力和生存能力高、無人員傷亡風險、持續作戰時間長、制造和維護成本低等優點，極大的擴大了海軍作戰能力，已成為世界各國海軍裝備的重要發展方向。民事應用方面，隨著世界各國對海洋生物和礦產資源爭奪日益激烈，水下航行器作為開發和利用海洋資源的重要工具，具有體積小、重量輕、機動靈活、無人操控等特點，自身擁有探測和感知能力，可通過遙控或自主操作方式代替或輔助人類進行水質檢測、水下結構檢測、海洋環境數據采集、海床地貌勘探、極地冰川科學考察等任務，因此，在水利工程和海洋工程領域具有較大的商業應用價值。

水下環境復雜多變，在水下航行器在執行任務過程中，在一定行進角度時設定水下航行器停止，但水下航行器由于慣性無法停止，從而超出設定的停止位置，需要對水下航行器進行重新調整，從而降低了水下航行器的工作效率。與以往的只依靠舵機控制的航行器相比，多推進器的水下航行器具有低速巡航、定深懸停、機動靈活等優勢特征，航行器需要在水下三維空間進行路徑點跟蹤，其運動過程中位姿穩定控制依然面臨大慣性系統參數不確定、強非線性、多自由度耦合等難題。現有技術中為有效提升水下航行器執行任務過程中的位姿穩定控制，一方面采用多推進器脈沖輸出的控制方法，另一方面采用S面非線性控制方法，但無論哪個算法對于水下航行器姿態穩定控制的精度都不高，從而導致水下航行器在執行任務過程中，需要進行多次位姿校正，極大的降低了工作效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種水下航行器及其脈沖輸出控制方法，用以解決水下航行器姿態穩定控制精度不高導致工作效率低的問題。

為實現上述目的，本發明的方案和有益效果包括：

本發明的一種水下航行器脈沖輸出控制方法，包括如下步驟：

1)建立航行器的模型，再建立航行器中各推進器的模型；獲取航行器的目標控制量，所述目標控制量包括：航向、速度和深度中至少一種；

2)計算目標控制量與當前控制量的偏差，當目標控制量為航向時，利用當前航向與目標航向的偏差確定航向推進器的轉速，根據確定出的轉速控制航向推進器，以使當前航向與目標航向的偏差小于對應的設定閾值；當目標控制量為速度時，利用當前深度與目標深度的偏差確定深度推進器的轉速，根據確定出的轉速控制深度推進器，以使當前深度與目標深度的偏差小于對應的設定閾值；利用當前速度與目標速度的偏差確定速度推進器的轉速，根據確定出的轉速控制速度推進器，以使當前速度與目標速度的偏差小于對應的設定閾值；

3)根據偏差所處的數值范圍，選擇對應的占空比，偏差所處的數值范圍越大，對應的占空比越大，按照所述占空比輸出脈沖信號給對應的推進器，根據所述脈沖信號輸出對應轉速。