[发明专利]一种水下航行器及其脉冲输出控制方法

说明书

本发明涉及一种水下航行器及其脉冲输出控制方法，属于汽车水下航行器路径跟踪稳定控制领域；基于多推进器动力布局，在经典S面控制算法的基础上，针对实际航行试验中姿态调节惯性偏差导致路径点跟踪精度降低的问题，本发明采用多推进器脉冲输出渐近控制与S面非线性控制相结合的混合控制，根据运动姿态参数偏差范围，分档位进行推进器脉冲输出控制，从而降低航行器姿态初始调节的惯性偏差。

技术领域

本发明涉及一种水下航行器及其脉冲输出控制方法，属于汽车水下航行器路径跟踪稳定控制领域。

背景技术

随着海洋形势日趋复杂以及实际各国对海洋资源开发强度不断增加，水下无人航行器作为人类水下活动的重要工具，在军民领域逐渐成为各国专家学者争相研究的重点。军事应用方面，水下无人系统是现代战争中争夺信息优势、实施精确打击、完成特殊任务的重要手段。水下航行器作为水下无人系统的任务载体之一，在该系统中扮演着重要的角色，具有机动性好、隐蔽性好、适应能力和生存能力高、无人员伤亡风险、持续作战时间长、制造和维护成本低等优点，极大的扩大了海军作战能力，已成为世界各国海军装备的重要发展方向。民事应用方面，随着世界各国对海洋生物和矿产资源争夺日益激烈，水下航行器作为开发和利用海洋资源的重要工具，具有体积小、重量轻、机动灵活、无人操控等特点，自身拥有探测和感知能力，可通过遥控或自主操作方式代替或辅助人类进行水质检测、水下结构检测、海洋环境数据采集、海床地貌勘探、极地冰川科学考察等任务，因此，在水利工程和海洋工程领域具有较大的商业应用价值。

水下环境复杂多变，在水下航行器在执行任务过程中，在一定行进角度时设定水下航行器停止，但水下航行器由于惯性无法停止，从而超出设定的停止位置，需要对水下航行器进行重新调整，从而降低了水下航行器的工作效率。与以往的只依靠舵机控制的航行器相比，多推进器的水下航行器具有低速巡航、定深悬停、机动灵活等优势特征，航行器需要在水下三维空间进行路径点跟踪，其运动过程中位姿稳定控制依然面临大惯性系统参数不确定、强非线性、多自由度耦合等难题。现有技术中为有效提升水下航行器执行任务过程中的位姿稳定控制，一方面采用多推进器脉冲输出的控制方法，另一方面采用S面非线性控制方法，但无论哪个算法对于水下航行器姿态稳定控制的精度都不高，从而导致水下航行器在执行任务过程中，需要进行多次位姿校正，极大的降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下航行器及其脉冲输出控制方法，用以解决水下航行器姿态稳定控制精度不高导致工作效率低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案和有益效果包括：

本发明的一种水下航行器脉冲输出控制方法，包括如下步骤：

1)建立航行器的模型，再建立航行器中各推进器的模型；获取航行器的目标控制量，所述目标控制量包括：航向、速度和深度中至少一种；

2)计算目标控制量与当前控制量的偏差，当目标控制量为航向时，利用当前航向与目标航向的偏差确定航向推进器的转速，根据确定出的转速控制航向推进器，以使当前航向与目标航向的偏差小于对应的设定阈值；当目标控制量为速度时，利用当前深度与目标深度的偏差确定深度推进器的转速，根据确定出的转速控制深度推进器，以使当前深度与目标深度的偏差小于对应的设定阈值；利用当前速度与目标速度的偏差确定速度推进器的转速，根据确定出的转速控制速度推进器，以使当前速度与目标速度的偏差小于对应的设定阈值；

3)根据偏差所处的数值范围，选择对应的占空比，偏差所处的数值范围越大，对应的占空比越大，按照所述占空比输出脉冲信号给对应的推进器，根据所述脉冲信号输出对应转速。