[发明专利]一种应对多任务剖面的跨介质航行器控制方法

说明书

本发明涉及跨介质航行器控制技术领域，尤其涉及一种应对多任务剖面的跨介质航行器控制方法，所述方法包括：将期望运动轨迹与实际运动轨迹作差输出运动轨迹误差信号，计算得到控制指令；基于跨介质航行器的实时高度信号，确定所处的任务剖面区域，根据切换规则切换控制模式；根据控制模式切换控制指令的输出通道，输出至对应的执行机构，控制执行机构的期望控制力和/或力矩。本发明基于运动轨迹误差确定跨介质航行器的运动偏差，生成对执行机构的控制指令，确定航行器所在的介质区间并切换控制模式，有利于实现多任务剖面的智能自适应协同控制，达到跨介质航行器空中巡航、水下潜航及跨介质过渡等全运行域整体控制性能最优的有益效果。

技术领域

本发明涉及跨介质航行器控制技术领域，尤其涉及一种应对多任务剖面的跨介质航行器控制方法。

背景技术

跨介质航行器可在空中巡航、水下潜航并完成两种介质下的过渡。为避免出/入水介质跨越时的大冲击载荷对航行器机械结构的冲击影响，引入构型可变的机翼结构来模仿鸟类收掠翅膀，以减小航行器跨介质时的冲击阻力。

由于气/水两种介质在密度、粘性等物理性质方面存在巨大差异，跨介质航行器在两种介质中的运动特性截然不同，其入水和出水过程涉及航行器与流体介质的耦合作用、跨越介质时的载荷突变、姿态变化的瞬时失稳等问题，使得跨介质航行器具有复杂非线性控制系统的典型特征，例如：空中飞行阶段提供升力的机翼在入水过程中产生巨大阻力，同时影响俯仰控制性能；出水过程中附加质量与诱导阻力的不均衡会增加跨介质航行器运动参数的测量难度；

目前，跨介质航行器在空中/水面/水下多任务执行过程中大多是根据机翼、旋翼等执行机构的结构布局参数预先确定协调控制方案，无法根据单/跨介质航行模式、外界环境扰动、执行机构失效信息实现控制方法的动态调整，最终可能导致跨介质航行器无法应对空中/水面/水下多任务剖面的高可靠自适应协同控制，跨介质航行器单介质/跨介质运行控制特性突变、出/入水过程存在载荷冲击参数不可测，导致在这个过程中航行器难以控制。

区别于无人机、水面船和水下航行器，跨介质航行器需要重复跨越气/水两相界面并在这个过程中保持最优动力学性能，而目前缺乏一种使得跨介质航行器在重复跨越气/水两相界面时保持稳定的控制方法。

发明内容

本发明提供一种应对多任务剖面的跨介质航行器控制方法，用以解决现有技术中的缺陷，现有的跨介质航行器空中/水面/水下多任务执行过程中只能根据执行机构的结构布局参数预先确定协调控制方案而无法根据单/跨介质航行模式、外界环境扰动、执行机构失效信息实现控制方法的动态调整，本发明实现了驱动跨介质航行器在外界扰动环境下实现多任务剖面的智能自适应协同控制，达到跨介质航行器空中巡航、水下潜航及跨介质过渡等全运行域整体控制性能最优的有益效果。

本发明提供一种应对多任务剖面的跨介质航行器控制方法，包括：

输入所述跨介质航行器的期望运动轨迹；获取所述跨介质航行器的实际运动轨迹；

将所述期望运动轨迹与所述实际运动轨迹作差获取运动轨迹误差，输出运动轨迹误差信号；获取跨介质航行器的不可测参数的参数估计信号；基于所述运动轨迹误差信号和所述参数估计信号计算得到控制指令；

基于所述实际运动轨迹获取所述跨介质航行器的实时高度信号，确定所述跨介质航行器所处的任务剖面区域，进而根据预设的切换规则切换所述跨介质航行器的控制模式；

根据控制模式切换所述控制指令的输出通道，将控制指令输出至所述控制模式对应的执行机构，通过所述控制指令控制对应的执行机构的期望控制力和/或力矩。

其中，将所述期望运动轨迹与所述实际运动轨迹作差，获取所述运动轨迹误差信号，具体包括：

获取所述跨介质航行器的期望位置与实际位置的位置误差信号，获取所述跨介质航行器的期望姿态与实际姿态的姿态误差信号；