[发明专利]舵桨协同X舵应急挽回方法及艉部推进器角度调节装置

权利要求书

1.一种舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，包括：

判断极端工况发生后，利用X舵自身能否对水下运载器的航向进行控制，若所述X舵的自身控制能力小于所述水下运载器的所需控制能力，则根据预设的纵倾角度，驱动艉部推进器角度调节装置运动，并使所述艉部推进器角度调节装置产生纵倾角度；

根据所述艉部推进器角度调节装置的纵倾角度和所述X舵共同控制所述水下运载器产生纵倾角度，并使所述水下运载器的实际纵倾角度等于所述预设的纵倾角度。

2.根据权利要求1所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，还包括：

若所述X舵的自身控制能力大于所述水下运载器的所需控制能力，则继续使用剩余的可操作的X舵进行航向控制。

3.根据权利要求2所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，所述继续使用剩余的可操作的X舵进行航向控制的步骤进一步包括：

控制艏向和纵倾控制器的控制器输出，所述艏向和纵倾控制器的控制器输出的计算公式为：

其中，ctr_r和ctr_h分别为艏向和纵倾控制器的控制器输出，Del_{1_0}为舵1的卡舵值，Del₂为舵2的角度，Del₃为舵3的角度，Del₄为舵4的角度，N₁、N₂、N₃、N₄和M₁、M₂、M₃、M₄分别为各个舵角在转艏控制和纵倾控制上的影响系数。

4.根据权利要求3所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，所述根据预设的纵倾角度，驱动艉部推进器角度调节装置运动，并使所述艉部推进器角度调节装置产生纵倾角度的步骤进一步包括：

选用基于扩张状态观测器的方法对所述水下运载器的纵倾角度进行控制，所述水下运载器的深度控制公式为：

其中，θ为水下运载器的纵倾角度，q为水下运载器的纵倾角速度，σ₁为水下运载器内部干扰，σ₂为水下运载器外部干扰，b为系统系数，t为时间，τ为运动执行器控制输入。

5.根据权利要求4所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，所述根据预设的纵倾角度，驱动艉部推进器角度调节装置运动，并使所述艉部推进器角度调节装置产生纵倾角度的步骤还包括：

利用扩张状态观测器对公式(3)进行修正，解算出预估的X舵的纵倾角度和纵倾角速度，并结合z₃进行修正，以解算出所述艉部推进器角度调节装置的纵倾角度，其中，所述X舵的纵倾角度和纵倾角速度的解算公式为：

其中，e为非线性函数，z₁为预估的X舵的纵倾角度，u为控制输入，z₂为预估的X舵的纵倾角速度q，z₃为变量，sign()为符号函数，β_i，i＝1,2,…n为适当的可调参数，b为系统系数，τ为运动执行器控制输入，h为采样步长。

6.根据权利要求5所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，所述根据所述艉部推进器角度调节装置的纵倾角度和所述X舵共同控制所述水下运载器产生纵倾角度，并使所述水下运载器的实际纵倾角度等于预设的所述纵倾角度的步骤进一步包括：

将所述水下运载器的纵倾角度作为所述扩张状态观测器的修正参数输入。

7.根据权利要求6所述的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，其特征在于，所述根据所述艉部推进器角度调节装置的纵倾角度和所述X舵共同控制所述水下运载器产生纵倾角度，并使所述水下运载器的实际纵倾角度等于预设的所述纵倾角度的步骤进一步包括：

采用基于扩张状态观测器的方法对所述水下运载器的纵倾角度进行控制，并控制艏向和纵倾控制器的控制器输出，所述艏向和纵倾控制器的控制器输出的计算公式为：

其中，M_thruster为推进器产生的额外力矩。