[发明专利]故障状态下可回转多桨无人船的操纵方法

说明书

本发明提出了故障状态下可回转多桨无人船的操纵方法，为方便描述故障状态，从可回转四桨无人船的数学模型描述开始。数学模型具体为进响应方程和回转响应方程；在推进响应方程中描述u对桨回转角度的响应；在回转响应方程中描述r对桨回转角度的响应；本发明考虑了三种故障状态，通过对螺旋桨输入不同的转速和回转角度，将故障状态具体分为：①仅船艏两桨工作；②仅船艉两桨工作；③仅一侧桨工作；在螺旋桨回转角度相同的条件下，描述各故障状态下无人船的回转能力。为配备了多个可回转桨的船舶提供了一定意义的参考。

技术领域

本发明涉及船舶运动模型领域，具体涉及故障状态下可回转多桨无人船的操纵方法。

背景技术

无人船在海洋资源开发和国防军事应用均起到了非常重要的作用，是一个国家大力发展海洋强国战略不可或缺的有力武器。它是一种微型的水面智能任务平台，有体积小、高速智能、雷达反射面积小、无人员伤亡等优点。在军事领域，可以实现灵活作战和机动部署，通过搭载不同的任务模块，无人船可完成情报收集、目标打击、反潜、扫雷、毁伤评估等任务。在民用领域，应用的主要方面是水文地理勘测、中继通信和气象探测。

近年来，全回转舵桨机构因操纵性好，机动性强的特点在科考船，工程船和拖船等特种船上被广泛应用。这些特种船作业区域较为特殊，如工作区域的水质泥沙多，特别是进入渔区作业，渔网的缠绕对其水下密封的破坏性极大，对舵桨甚至船舶安全造成极大影响，容易给船舶所有人带来较大经济损失。

发明内容

本发明提出了故障状态下可回转多桨无人船的操纵方法，为方便描述故障状态，从可回转四桨无人船的数学模型描述开始。数学模型具体为推进响应方程和回转响应方程；在推进响应方程中描述u对桨回转角度的响应；在回转响应方程中描述r对桨回转角度的响应；本发明考虑了三种故障状态，通过对螺旋桨输入不同的转速和回转角度，将故障状态具体分为：①仅船艏两桨工作；②仅船艉两桨工作；③仅一侧桨工作；在螺旋桨回转角度相同的条件下，描述各故障状态下无人船的回转能力。

主要包括以下步骤：

所述无人船为双体船，包含一个矩形搭载平台，船体左右两侧各有一个浮力装置，安装在矩形搭载平台的两条长边上；矩形搭载平台的两条短边各对称安装两个可回转桨；以静止状态下螺旋桨产生的推力方向为船艏向，船尾右舷为一号桨，左舷为二号桨；船首左舷为三号桨，右舷为四号桨；

步骤1，建立回转响应方程和推进响应方程

回转响应方程可描述为：

式中，r为无人船在艏摇方向上的速度；K_1Y＝-Y_v(1+d_NP)x_Gn/C₁；T₁＝-(Y_v(I_z+J_z)+N_r(m+m_y))/C₁；K_1X＝-(Y_v(1+d_NP)y_p+N_v(1-d_YP))/C₁；C₁＝Y_vN_r-N_v(Y_r-(m+m_x)u₀)；

推进响应方程可描述为：