[发明专利]多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制系统及方法

权利要求书

1.一种多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制方法，其特征在于：

所述多舵面水下拖曳式航行器的一体化深度控制方法由潜浮模式切换方法和自适应深度反演控制算法组成；

所述一体化深度控制方法包括：

所述潜浮模式切换方法根据航行任务需求选择平行潜浮或相对潜浮两种模式，并根据所选模式确定期望纵倾角的计算方法；

所述自适应深度反演控制算法通过调整多舵面水下拖曳式航行器的艏、艉多水平舵的舵角，同时跟踪期望纵倾和期望深度；

所述自适应深度反演控制算法基于模型设计，多舵面水下拖曳航行器的深度通道模型可以描述为式(1)，纵倾通道模型可以描述为式(2)：

其中，z为航行器深度，θ为航行器纵倾角，α_Hb和α_Hs分别为艏水平舵的舵角和艉水平舵的舵角，b_zb、b_zs、b_θb和b_θs是由拖曳航行器自身属性以及运动状态决定的舵角控制系数，为变量；f_z和f_θ是由拖曳航行器自身属性以及运动状态决定的变量，根据实时状态计算；

基于所确定的期望纵倾角，结合任务设定的期望深度，基于多舵面水下拖曳式航行器模型，通过带入自适应深度反演控制算法，对水下航行器艏、艉多水平舵进行实时控制，进而实现水下航行器在不同潜浮模式下的一体化深度控制；所述自适应深度反演控制算法如下：

定义状态变量x₁＝z，x₃＝θ，状态方程表示为：

其中，u＝[α_Hb α_Hs]，d_z和d_θ分别为两个通道的复合干扰，复合干扰是将系统未建模项、时变参数和外界干扰集总考虑；

设计出的自适应反演控制器为：

其中，深度误差e_z1＝x₁-x_1d，纵倾误差e_θ1＝x₃-x_3d，虚拟控制量c_z1，c_z2，c_θ1，c_θ2，γ_z和γ_θ分别为控制参数；和分别为自适应参数，在线估计并补偿复合干扰；

联立式(4)和(5)即可求出艏、艉水平舵的控制舵角u＝[α_Hb α_Hs]。

2.如权利要求1所述的一种多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制方法，其特征在于：

当选择平行潜浮模式时，所述多舵面水下拖曳式航行器的期望纵倾角设置为0度，即θ_d＝0，通过自适应深度反演控制算法同时调整艏、艉多水平舵，使航行器纵倾角保持为0，同时利用艏、艉多水平舵为航行器跟踪期望深度提供升力。

3.如权利要求2所述的一种多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制方法，其特征在于：

当选择相对潜浮模式时，期望纵倾角通过视线角制导LOS构建，即θ_d＝θ_LOS+α，其中，e_z1为深度误差，为制导参数，α为航行器垂直面的冲角；自适应深度反演控制算法同时调整艏、艉多水平舵，调整多舵面水下拖曳式航行器的俯仰姿态跟踪期望纵倾角θ_d，进而通过航行器本体为航行器跟踪期望深度提供升力，实现较高的机动性潜浮运动。

4.如权利要求3所述的一种多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制方法，其特征在于：

所述一体化深度控制方法通过不同期望纵倾角的计算方法，实现平行潜浮和相对潜浮的模式切换，然后使用同一个自适应深度反演深度控制算法实现期望纵倾和期望深度的同时跟踪控制。

5.一种多舵面水下拖曳式航行器的平行潜浮与相对潜浮一体化深度控制系统，其特征在于，具体包含处理器及控制程序模块；所述处理器用于调用所述控制程序模块，以对艏、艉多水平舵进行控制；所述控制程序模块在被所述处理器调用时执行如权利要求1、2、3任一项所述的方法。