[发明专利]一种水下自主航行器X型舵控制方法

说明书

本发明公开了一种水下自主航行器X型舵控制方法，属于水下自主航行器控制技术领域，该控制方法能够提高航行器的机动性，使航行器在水面和水下稳定航行。首先取水下自主航行器坐标系Oxyz；设置四个舵面分别与Oy轴和Oz轴成45°角，形成X型舵分布；其次将水下自主航行器中舵机系统上电后，舵角指令正常下达，并反馈正常；再次将X型舵投影至Oy轴和Oz轴上，以Oy轴舵角控制垂直方向运动，Oz轴舵角控制水平方向运动，根据航行控制所需要深度保持的水平舵、航向保持的垂直舵、不产生翻滚力矩的差动舵，得到X型舵与十字舵的舵角转换公式；最后反推X型舵中四个舵角的大小，并对舵角进行限幅，从而实现X型舵的航行控制。

技术领域

本发明涉及水下自主航行器控制技术领域，具体涉及一种水下自主航行器X型舵控制方法。

背景技术

水下自主航行器在水面航行时，垂直舵角上部分受航行器浮力的影响，舵面可能在水面以上，从而影响水面操纵性；水下航行时，在同等舵面积的情况下，X型舵舵效较十字舵有较大的提升，对不超基线的水下航行器而言，有较大的优势，方便航行器布放回收。

目前在水下自主航行器的控制技术领域，针对十字型舵的控制方法较多，如何设计针对X型舵的控制方法，从而更有效地发挥X型舵的舵效，在保证水下自主航行器稳定航行的基础上，提高水下自主航行器的机动性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水下自主航行器X型舵控制方法，能够提高航行器的机动性，使航行器在水面和水下稳定航行。

为了达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1、取水下自主航行器坐标系Oxyz，O为航行器的浮心，Ox沿水下自主航行器的纵轴指向前方，Oy轴垂直于Ox轴指向上方，Oz轴垂直于Ox轴和Oy轴，其方向使坐标系成为右手系；设置四个舵面分别与Oy轴和Oz轴成45°角，形成X型舵分布；

步骤2、水下自主航行器中舵机系统上电后，舵角指令正常下达，并反馈正常；

步骤3、将X型舵投影至Oy轴和Oz轴上，以Oy轴舵角控制垂直方向运动，Oz轴舵角控制水平方向运动，根据航行控制所需要深度保持的水平舵、航向保持的垂直舵、不产生翻滚力矩的差动舵，得到X型舵与十字舵的舵角转换公式；

步骤4、反推X型舵中四个舵角的大小，并对舵角进行限幅，从而实现X型舵的航行控制。

进一步地，根据水下自主航行器的X型舵分布，以右上角舵为δ₁，逆时针依次为δ₂、δ₃、δ₄。

进一步地，步骤3，具体包括如下步骤：

步骤301、定义舵角正负：水下自主航行器的水平舵角为δ_e，水下自主航行器的垂直舵角为δ_r，从艉向艏看，右舵和下舵为正；航行器X型舵分布，以右上角舵为δ₁，逆时针依次为δ₂、δ₃、δ₄，从艉向艏看，δ₁和δ₃右下舵为正，δ₂和δ₄左下舵为正。

步骤302、根据垂直方向和水平方向的受力分析，即航行控制所需要深度保持的水平舵、航向保持的垂直舵，得到：

步骤303、增加横滚控制，X型舵的四个舵对水下自主航行器产生的翻滚力矩对应的差动舵角为δ_d，用于平衡潜航器在水下由于自身衡重所引起的横滚：