[发明专利]波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器及控制方法

权利要求书

1.一种波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器，由三部分串联结构组成，分别为跟踪微分器TD、扩张状态观测器与曲面控制器，其特征是：所述扩张状态观测器中的扰动补偿参数b根据波浪滑翔器的当前航速进行实时调节，扰动补偿参数b为波浪滑翔器潜体艏向非线性一阶KT方程中K与T的比值，在不同航速下利用相似原理得到扰动补偿参数b；所述扩张状态观测器实时估计系统的总干扰，并调节曲面控制器的曲面偏移值进行干扰补偿。

2.一种基于权利要求1所述的波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器的控制方法，其特征是：

第一步：在一个无海流干扰的工况下进行波浪滑翔器回转运动试验与Z型操舵试验，记录波浪滑翔器的在这个工况下的航速V₀与艏向响应；

第二步：建立波浪滑翔器潜体艏向非线性一阶KT方程，并利用回转运动试验与Z型操舵试验的试验数据辨识波浪滑翔器潜体的参数，之后利用相似原理推算出其他航速下波浪滑翔器潜体的参数；

第三步：将波浪滑翔器期望艏向ψ_E输入跟踪微分器安排过渡过程x₁，并得到其微分信号x₂；

第四步：主控计算机依据航速传感器反馈的波浪滑翔器的当前航速V计算并更新扩张状态观测器中的扰动补偿参数b；

第五步：将当前波浪滑翔器潜体艏向ψ_G输入扩张状态观测器，输出3个艏向响应系统的内部状态信息；

第六步：将扩张状态观测器输出的艏向响应系统的内部状态信息中艏向与角速度信息分别与跟踪微分器输出的期望艏向逼近量及其近似微分作差得到误差信号，将误差信号与艏向响应系统的内部状态信息中的扰动信号输入曲面控制器，由曲面控制器输出控制系统期望舵角δ_E；

第七步：主控计算机控制舵机转至期望舵角δ_E，并返回第三步进行下一节拍的控制。

3.根据权利要求2所述的的控制方法，其特征是：浪滑翔器潜体的参数包括应舵指数T、回转性指数K、模型非线性项系数α，无海流干扰的工况下航速V₀下的参数为K₀、T₀、α₀，所述利用相似原理推算出的其他航速下波浪滑翔器潜体的参数是指，在航速V下波浪滑翔器潜体的操纵性系数利用无海流干扰的工况下航速V₀下操纵性参数推导得出，表示为：

其中：L为波浪滑翔器潜体长度。

4.根据权利要求3所述的的控制方法，其特征是所述依据航速传感器反馈的波浪滑翔器的当前航速V计算并更新扩张状态观测器中的扰动补偿参数b具体包括：

5.根据权利要求2或3或4所述的的控制方法，其特征是曲面控制器的控制模型为：

其中e、为归一化的误差信号；u_E为归一化的控制力输出；k₁、k₂分别为对应偏差和偏差变化率的控制参数；δ_max为最大输出舵角；δ_E为期望舵角。