[发明专利]基于自适应算法的UUV水下回收控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种UUV返回水下工作站的自主回收控制系统。本发明涉及的是一种UUV返回水下工作站的自主回收控制方法。

背景技术

由于任务需要及自带能源的约束，UUV在水下工作的时间有限，必须对其进行回收来补充能量、上传数据、下载指令和维护保障。由于水下回收平台活动范围的隐蔽性及安全性需要，要求UUV的回收过程必须在不借助第三方辅助设备的条件下，实现UUV自主返回水下工作站上的搭载平台。UUV水下自主回收不仅受时间和空间的约束很小，还可节省大量的辅助设备和人力，但是目前仍有许多急需解决的关键问题，例如回收过程中UUV的复杂受力、未知环境下的非线性运动控制等。

考虑到回收坐落过程中，UUV受到的水动力特性发生剧烈变化，导致了UUV数学模型的不确定性以及近壁面环境扰动的随机性，故采用自适应算法进行控制，原因在于对于特性参数有较大范围变化的系统，自适应控制器仍能自动地保持在某种意义下的最优运动状态。

哈尔滨工程大学侯恕萍在《机器人》（2005年第3期）发表的文章《水下机器人主动对接装置的协调控制研究》在对接裙外侧安装有四只两自由度对接机械手，用来实现在恶劣的海洋环境下水下机器人与失事潜器的准确对接，并应用离散事件系统理论实现四只机械手与水下机器人的协调控制，解决了系统的时间性问题，使之成为切实可行的控制方法。但应用机械手臂的自主回收系统结构复杂，且容易产生更多的干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以使UUV安全、精确地实现回收坐落到搭载平台的基于自适应算法的UUV水下回收控制系统。本发明的目的还在于提供一种基于自适应算法的UUV水下回收控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于自适应算法的UUV水下回收控制系统包括水面监控计算机1、使命管理计算机2、动态控制计算机3、视觉传感器5、短基线定位声呐6、姿态传感器7、多普勒测速仪8、主推进器9和槽道辅助推进器10，水面监控计算机1、使命管理计算机2及动态控制计算机3之间通过网络进行通讯，UUV自适应回收控制系统4嵌入在使命管理计算机2中，视觉传感器5、短基线定位声呐6、姿态传感器7、多普勒测速仪8通过串口通信将采集到的信息送入动态控制计算机3，动态控制计算机3通过电信号来控制主推进器9和槽道辅助推进器10。

本发明的基于自适应算法的UUV水下回收控制系统还可以包括：

1、视觉传感器5、短基线定位声呐6安装在UUV腹下。

2、态控制计算机3与使命管理计算机2之间的发送频率为2Hz。

本发明的基于自适应算法的UUV水下回收控制方法为：

视觉传感器5、短基线定位声呐6、姿态传感器7、多普勒测速仪8采集UUV回收过程中的位姿信息，通过串口进行通信发送给动态控制计算机3，再通过网络通信传递给使命管理计算机2；

使命管理计算机2利用实时位姿信息与水下工作站上的搭载平台回收中心之间的偏差，运用自适应控制算法计算出控制UUV六自由度运动的控制器输出，并通过网络通讯传递给动态控制计算机3；

动态控制计算机3经过推力分配及运动控制解算，利用调节各执行机构的控制电压来调整主推进器9和槽道辅助推进器10的输出力和力矩，进而控制UUV在近壁面回收过程中的位置和姿态。

本发明的基于自适应算法的UUV水下回收控制方法还可以包括：

1、所述UUV回收过程中的位姿信息包括UUV的速度，随艇坐标系下UUV中心距离回收平台中心点的X、Y方向距离及Z方向高度，UUV深度、横倾角度、纵倾角度及UUV艏向与回收平台艏向间夹角。

2、所述水下工作站上的搭载平台是在水下工作站脊背上设置的专门用于UUV回收的回收搭载平台，回收搭载平台上安装有UUV锁紧装置，UUV首先从远处接近水下工作站，当到达回收搭载平台上方一定高度处时与水下工作站保持相对静止，即如果水下工作站处于运动状态，则UUV在各方向的运动速度与水下工作站保持一致，回收控制器根据位姿信息，调整UUV位置和姿态，令UUV中心到达回收搭载平台中心点正上方，且艏向与回收搭载平台艏向一致，然后UUV开始缓慢下降，直至UUV坐落在回收平台上，再利用锁紧装置将UUV固定在回收搭载平台上，使UUV可以随艇而动，即UUV回收过程结束。

3、所述令UUV中心到达回收搭载平台中心点正上方的方法为UUV距离回收点高度大于2米时采用短基线定位声呐声学导引，小于等于2米时采用视觉传感器视觉导引。

4、令UUV艏向与回收搭载平台艏向一致是采用对线控位方法。