[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

说明书

本发明提供一种舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，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X舵的自身控制能力小于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；根据艉部推进器角度调节装置的纵倾角度和X舵共同控制水下运载器产生纵倾角度，并使水下运载器的实际纵倾角度等于预设的纵倾角度。本发明提供的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，在极端工况发生后，可利用扩张状态观测器并结合艉部推进器角度调节装置自身的安装角度进行在线调整，为水下运载器提供额外的纵倾调整力矩，从而保证水下运载器在故障下能够安全航行。

技术领域

本发明涉及水下运载器运动控制技术领域，尤其涉及一种舵桨协同X舵应急挽回的控制方法及一种艉部推进器角度调节装置。

背景技术

水下运载器的操纵控制系统是航行中使用最为频繁，其系统内各设备的正常运行对于保障水下运载器航行安全至关重三要，从技术和功能方面考虑，一旦操纵控制系统出现异常，令载体失去航向、深度和纵倾的控制，可能导致载体处于危险状态，若未及时采取有效措施，将导致灾难性事故。

对于水下运载器的运动控制系统而言，运动执行机构为载体提供动力输入，若其发生故障将直接影响载体运动控制的性能；传感器为控制器提供反馈输入信息，若其发生故障将间接影响载体运动控制的性能。因而，当水下运载器的运动执行机构发生故障后，若能够开展容错控制，则必须是载体自身仍具备一定程度的可控性。当出现运动执行机构故障后，通过将故障部分“替换”的方法，以便使载体继续工作。这种“替换”可以是通过载体上真实预安装的冗余元部件完成，即在载体系统中额外安装一个或多个同类型设备；当然，这种“替换”过程也可通过“虚拟的冗余元部件”完成，即载体运动控制系统通过其他具有与故障运动执行器特征相近的模块，整合为一个具有相同功能的虚拟运动执行器。对于以上两种“替换”过程，前者被称为“硬件冗余”，后者则被称为“解析冗余”。对于“硬件冗余”的控制方法，一种是直接利用冗余运动执行器，构建新的运动执行机构；另一种是通过更改原有控制器中的相关控制参数，实现重构容错控制。对于“解析冗余”的方式，则需利用合适的方法构建“新的虚拟运动控制器”。

一般情况下，X舵的操纵控制相比传统十字舵的控制是具备“硬件冗余”条件的，但是，在一些极端请况下，如在X舵设计舵效不足的情况下出现单舵满舵卡故障，或是出现X舵的多舵卡故障时，X舵的自身冗余能力将不足以保证载体的航行安全。

发明内容

本发明提供一种舵桨协同X舵应急挽回的控制方法及一种艉部推进器角度调节装置，用以解决现有技术中X舵的自身冗余能力无法控制水下运载器安全航行的缺陷。

本发明提供一种舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，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预设的所述纵倾角度。

根据本发明提供一种的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，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。

根据本发明提供一种的舵桨协同X舵应急挽回的控制方法，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，N_*和M_*分别为各个舵角在转艏控制和纵倾控制上的影响系数。