[发明专利]面向复杂海况的欠驱动UUV大攻角潜浮自适应串级控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种UUV控制方法。具体地说是一种面向复杂海况的欠驱动UUV大攻角潜浮自适应串级控制方法。

背景技术

在复杂多变的海洋环境中，精确的深度控制对于UUV海洋勘探以及海洋开发等任务有着至关重要的作用。由于UUV系统具有较大的惯性，超调量，尤其是深度控制的超调量，会对系统产生较大的影响，易造成系统不稳定、调节时间过长等问题。在某些特殊海况下，大范围的变深运动会导致过大的超调量，甚至会导致UUV系统出现翻转、触底等危险，威胁到系统安全。而同时，小的纵倾角虽然可以保证系统的稳定性，但会导致下潜时间过长，浪费系统能源，也不利于系统的机动。

名称为“一种采用矢量推进器的无人潜水器定深航行控制方法”，专利申请号为200810064716.2的中国专利文件中提到了将深度控制映射到纵倾控制的方法。其采用的映射方式为非线性分段函数，平滑性稍差。同时，其采用了矢量推进器完成UUV深度控制。

名称为“一种大深度无人潜水器及其深度符合控制方法”，专利申请号为200810136825.0的中国专利文件中提到了无人潜水器大深度控制方法，但其采用调节水舱与槽道桨等装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对欠驱动UUV实现快速、稳定的大范围变深时的大攻角潜浮控制的面向复杂海况的欠驱动UUV大攻角潜浮自适应串级控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

1、运动控制计算机接收来自使命控制计算机的深度控制指令；

2、将深度控制指令偏差作为非线性函数的输入值x，将深度控制指令偏差x转换为纵倾控制指令y，进而将深度控制指令偏差输入到纵倾控制器中，通过控制水平舵舵角，作用到欠驱动UUV系统；其中k，a，c分别为非线性函数的比例系数、缩放系数和平移系数；

3、自适应模块结合海流观测系统得到的海流信息和UUV系统的深度响应情况调整非线性函数的k，a，c的值；

4、OCTANS纵倾反馈通过OCTANS传感器反馈UUV的姿态值，深度计深度反馈通过深度计反馈UUV的深度信息。

本发明所涉及的一种面向复杂海况的欠驱动UUV大攻角潜浮自适应串级控制方法的工作原理：在欠驱动UUV系统接收到由水面监控计算机发送的深度控制指令后，将深度指令与深度计所反馈的深度信息作比较，将得到的偏差作为非线性函数指令转换环节的输入，输出为所需要的纵倾控制指令，将其与由OCTANS反馈的纵倾信息作比较，得到的偏差即为纵倾控制器的输入，得到的输出为UUV艉水平舵的舵角指令，最后系统通过数字/模拟转换器将舵角指令输出到UUV的执行机构，即水平舵，完成UUV的深度控制。与此同时，结合系统的响应情况以及海流观测数据，在线调整非线性函数的参数。

本发明的优点在于：

1.采用了大攻角潜伏控制，实现了大变深运动时的快速响应，节约了系统能源。

2.采用串级控制方法，并利用非线性函数进行控制指令间的转换。解决了系统响应的快速性与稳定性间的矛盾。

3.采用自适应模块，根据海洋环境信息与系统响应情况实时的调整非线性函数参数，使UUV能够更好的适应不同海洋环境下控制系统的需求。

附图说明

图1本发明的控制方法示意图；

图2欠驱动UUV系统运动控制流程图；

图3本发明的控制方法的信号流图；

图4非线性函数在线调整示意图；

图5为非线性函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图2，欠驱动UUV系统的总体运动控制流程包括：

1.水面监控计算机现场初始化设置与使命规划；

2.UUV使命计算机对水面计算机规划使命进行解算。

3.UUV运动控制计算机接收来自使命计算机的任务，主要指大范围的变深运动。

4.运动控制计算机进行大攻角潜浮自适应串级控制，主要包括：

4.1利用欠驱动UUV串级控制方法，通过非线性函数将深度控制指令转换为纵倾控制指令，并结合各传感器数据，得到相应执行机构的指令值。

4.2执行机构执行控制指令，实现大攻角潜浮串级控制。

4.3根据UUV的下潜情况以及ADCP获取的海流信息，自适应的调整非线性转换函数的参数k，a，c，以使其更好的完成下潜任务，实现大攻角潜浮自适应串级控制。

7.判断任务是否完成。若完成，任务结束，否则转到3。