基于注排水的水下潜器深度控制方法与流程

本发明属于水下装备的深度控制，更具体地，涉及一种基于注排水的水下潜器深度控制方法。

背景技术：

1、随着人工智能、自动控制、计算机仿真等技术的不断发展，水下潜器技术也取得了重大进步。很多人员不易接近的水下复杂环境，水下潜器的作用日益显著，水下潜器已发展为完成水下作业任务的重要工具。水下潜器作为一种强耦合的非线性系统，其控制方法的研究需重点考虑控制品质。

2、水下潜器在开展作业任务时存在大量深度控制的需求，由于海洋环境复杂多变，对配置有深度调节水舱的水下潜器而言，通过注排水的控制来实时调整潜器在垂向的剩余静载是一种非常有效的方式，可以节约有限的电能，但需操纵人员根据深度偏差和密度变化等信息自主判别注排水的总量以及注排水的时机，这对操纵人员提出了很高要求，而先前设计了基于注排水的水下潜器自动悬停控制算法，解决了基于注排水的深度自动控制基本问题，但存在控制参数较多，未考虑剩余静载影响导致控制精度不高，未引入积分控制使得存在稳态误差等有待完善的内容。

技术实现思路

1、针对水下潜器注排水控制深度的常用控制方法结构复杂、需调节的控制参数较多、控制精度有待进一步改善且存在稳态误差的问题，本发明提出了一种基于注排水的水下潜器深度控制方法，采用改进亚s型函数代替经典sigmoid函数改善控制响应，考虑了剩余静载受海水密度变化和艇体变形等自适应调节情形，通过控制泵阀的开启与关闭以实时调节注排水的水量，实现精确的深度控制，从而适合于工程应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于注排水的水下潜器深度控制方法，包括：构建式(1)所示的运动控制方法以实现垂向的精确控制，u为控制器的输出信息，表示垂向自由度所需的力，经过了归一化处理；tanh()为正切函数，为改进亚s型函数，b为积分控制项，f为垂向自由度所需的力；fmax为垂向自由度所能提供的最大力，为包含力和力矩的估计静态载荷，体现了单次任务状态变化的自适应。

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4、在一些可选的实施方案中，在式(1)中，定义a如式(2)所示，exp()为指数函数，e与为深度控制器的输入信息，分别表示深度偏差和深度偏差变化率(即垂向速率)，经过了归一化处理；k1和k2分别为偏差e与偏差变化率的控制参数，

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6、在一些可选的实施方案中，在式(1)中，定义b如式(3)所示，为智能积分项，即当e(t)小于设定阈值时引入积分项，当e(t)大于设定阈值时，取消积分项，此方法可有效解决积分饱和问题，在消除稳态误差的同时可减少超调量；ki表示积分调节参数。

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8、在一些可选的实施方案中，在式(1)中，定义如式(4)所示，z为深度。r为潜器剩余静态载荷。

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10、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

11、1、采用改进亚s型函数代替经典sigmoid函数，提高了控制响应；2、通过控制项考虑剩余静载受密度变化和艇体变形等自适应调节情况，无需人工干预；3、通过控制泵阀的开启与关闭，调节注排水的水量，可实现高精度的深度控制；4、本发明实现了基于注排水的水下潜器深度自动控制，深度控制精度可达±0.5m以内，实现了高精度的深度控制，可满足实际工程应用需求。

技术特征：

1.一种基于注排水的水下潜器深度控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，exp()为指数函数，e与为深度控制器的输入信息，分别表示深度偏差和深度偏差变化率；k1和k2分别为偏差e与偏差变化率的控制参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，为智能积分项，即当e(t)小于设定阈值时引入积分项，当e(t)大于设定阈值时，取消积分项；ki表示积分调节参数，t1表示时间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，z为深度，r为潜器剩余静态载荷。

技术总结本发明公开了一种基于注排水的水下潜器深度控制方法，属于水下装备的深度控制技术领域，构建由所示的运动控制方法以实现垂向的精确控制，兼顾了海水密度变化和艇体变形的影响，剩余静载可根据作业任务变化进行自适应调整，可根据水下潜器的传感器信息，实时解算，生成注排水控制指令，实现潜器的自动深度控制。技术研发人员：王建国,周轶美,王楷,李环,胡刚义受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心技术研发日：技术公布日：2025/1/6