一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法与流程

本发明涉及非电变量的控制，尤其涉及一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法。

背景技术：

1、有些水下运载平台等水下航行器在设计时往往不设计稳心高或者稳心高极小，因此一般不具备纵倾扶正力矩。而无纵倾扶正力矩的水下航行器与一般的水下航行器不同，无纵倾扶正力矩的水下航行器由于没有扶正力矩对垂直面运动的阻尼效应，其可以进行大纵倾的机动，但也正由于没有自身的纵倾扶正力矩，当水下航行器要进行深度机动时，传统的通过深度反馈到舵角的控制方法无法稳定水下航行器的纵倾，使水下航行器变深过程中的纵倾角过大导致深度不稳定。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，在无纵倾扶正力矩的情形下能够保证水下航行器变深过程中的纵倾稳定性。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其包括如下步骤：

4、s1：实时测量水下航行器的深度，并将测量的深度信号传输给深度制导模块，实时测量水下航行器的纵倾，并将测量的纵倾信号传输给纵倾控制模块；

5、s2：深度制导模块根据测量的深度信号解算水下航行器的实时指令纵倾，并将实时指令纵倾信号传输给纵倾控制模块；

6、s3：纵倾控制模块根据测量的纵倾信号及指令纵倾信号解算水下航行器的指令舵角，并将解算的水下航行器的指令舵角信号传输给水下航行器的舵机；

7、s4：水下航行器的舵机根据水下航行器的指令舵角信号对水下航行器进行深度控制。

8、优化的，步骤s1通过深度传感器实时测量水下航行器的深度，通过倾角传感器实时测量水下航行器的纵倾。

9、进一步，步骤s2中深度制导模块采用如下方法解算水下航行器的实时指令纵倾：

10、s21：根据式（1）解算水下航行器的无限幅实时指令纵倾：

11、（1）；

12、其中：表示解算的无限幅实时指令纵倾,为给定的指令深度信号，为测量的深度信号，为深度制导模块的比例系数，为深度制导模块的积分系数，为深度制导模块的积分分离系数，为时间；

13、s22：根据式（2）对解算的水下航行器的无限幅实时指令纵倾进行限幅，得到水下航行器的实时指令纵倾；

14、（2）；

15、其中：表示水下航行器的实时指令纵倾，表示设定的最小纵倾幅值，表示设定的最大纵倾幅值。

16、进一步，步骤s3中纵倾控制模块采用如下方法解算水下航行器的指令舵角：

17、s31：对测量的纵倾信号进行微分提取，得到纵倾速率信号；

18、s32：根据式（3）解算水下航行器的指令舵角：

19、（3）；

20、其中：表示水下航行器的指令舵角，表示测量的纵倾信号，表示纵倾速率信号，表示纵倾控制模块的比例系数，表示纵倾控制模块的微分系数，表示纵倾控制模块的积分系数，表示纵倾控制模块的积分分离系数。

21、进一步，步骤s21中深度制导模块的积分分离系数根据式（4）计算获得：

22、（4）；

23、其中：表示深度偏差阈值。

24、进一步，步骤s32中纵倾控制模块的积分分离系数根据式（5）计算获得：

25、（5）；

26、其中：表示纵倾偏差阈值。

27、优选的，步骤s31中采用线性微分法对测量的纵倾信号进行微分提取，得到纵倾速率信号。

28、进一步，步骤s31中采用线性微分法根据式（6）对测量的纵倾信号进行微分提取：

29、（6）；

30、其中：表示线性微分的输入信号，线性微分的输入信号为测量的纵倾信号，表示线性微分的输出信号，线性微分的输出信号为纵倾速率信号,表示纵倾的观测值，表示纵倾速率的观测值，表示相对于时间的导数，表示相对于时间的导数，表示纵倾的观测系数，表示纵倾速率的观测系数。

31、发明的有益效果：

32、本发明提供的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，将水下航行器的深度控制问题转化为纵倾控制问题，解算出水下航行器的指令舵角信号，对水下航行器进行深度控制，实现了水下航行器的平稳深度机动。并且在机动过程中的深度控制可以实现无超调量，无静态偏差，通过对解算的水下航行器的实时指令纵倾进行限幅，可有效限定水下航行器变深过程中的最大纵倾，提升水下航行器航行过程中的安全性。

技术特征：

1.一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s1通过深度传感器实时测量水下航行器的深度，通过倾角传感器实时测量水下航行器的纵倾。

3.根据权利要求1所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s2中深度制导模块采用如下方法解算水下航行器的实时指令纵倾：

4.根据权利要求3所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s3中纵倾控制模块采用如下方法解算水下航行器的指令舵角：

5.根据权利要求3所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s21中深度制导模块的积分分离系数根据式（4）计算获得：

6.根据权利要求4所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s32中纵倾控制模块的积分分离系数根据式（5）计算获得：

7.根据权利要求4所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s31中采用线性微分法对测量的纵倾信号进行微分提取，得到纵倾速率信号。

8.根据权利要求7所述的一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，其特征在于：步骤s31中采用线性微分法根据式（6）对测量的纵倾信号进行微分提取：

技术总结本发明涉及非电变量的控制或调节系统技术领域，尤其涉及一种基于纵倾控制的水下航行器深度控制方法，包括如下步骤：实时测量水下航行器的深度及纵倾，并将深度信号传输给深度制导模块，纵倾信号传输给纵倾控制模块；深度制导模块解算水下航行器的实时指令纵倾，并传输给纵倾控制模块；纵倾控制模块解算水下航行器的指令舵角并传输给水下航行器的舵机；水下航行器的舵机根据水下航行器的指令舵角信号对水下航行器进行深度控制。本发明提供的方法实现了水下航行器的平稳深度机动，提升了水下航行器航行过程中的安全性。技术研发人员：张子昌,苏畅,沈东,赵光,孙泽斐,应涛,刘玉萍,黄礼靖,余霖受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/15