[发明专利]无人水下航行器艉舵位形自主切换控制方法及系统

说明书

本发明涉及无人水下航行器技术领域，具体涉及一种无人水下航行器艉舵位形自主切换控制方法及系统。获取无人水下航行器活动范围内的水下环境信息；感知无人水下航行器的实时状态信息；结合预先构建的无人水下航行器知识库进行融合诊断，并输出电量不足风险因子、危险环境风险因子或卡舵故障风险因子；根据电量不足风险因子、危险环境风险因子或卡舵故障风险因子输出对应的艉舵位形切换控制信号；根据艉舵位形切换控制信号驱动艉舵电机旋转至指定艉舵位形。能够基于环境探测与状态感知，进行切换决策和控制，提升无人水下航行器的操控性能和风险应对能力。

技术领域

本发明涉及无人水下航行器技术领域，具体涉及一种无人水下航行器艉舵位形自主切换控制方法及系统。

背景技术

无人水下航行器(简称UUV)近年来在海洋工程领域大显身手，其应用范围已拓展到多个方向，包括但不限于：水下探测、地形测绘、水产养殖、海事搜救、海洋军事等。要完成上述海洋作业任务，UUV必须具备良好的操控性能。

影响UUV操控性能的最关键因素是UUV的艉舵。目前，常见的UUV艉舵大多采用十字舵位形布置方式，这种位形布置方式中，舵面的布置方向与UUV在水平面和垂直面的控制方向一一对应，控制起来非常简单方便。但十字型艉舵布置方式面临能量消耗大、艉舵舵面突出艇体基线过多、卡舵后基本不具备正常操纵能力等问题，影响UUV操纵的安全性与可靠性。X舵是另一种艉舵布置形式，相较于十字舵位形，X舵位形的四个舵面可以不突出艇体基线，且因为其四个舵面处于分离状态且每个舵面的控制均可以在水平面和垂直面上产生分作用力，因而X舵具备能耗优化操纵以及卡舵下的操控能力。然而，由于X舵的舵面布置方式与艇体运动方向不完全一致，因而存在控制不直观、难度偏大等问题，限制了其在UUV中的推广应用。

综上，十字舵位形与X舵位形均存在各自的优势与劣势，若能将两者结合起来，则可以提升UUV的性能。然而，目前的UUV一般采用单一的艉舵形式，容错控制手段比较单一，应对故障与风险能力有限，限制了UUV在更复杂海洋环境及工况下的应用。

因此，急需开发一套具备十字舵与X舵位形自主切换能力的切换控制系统。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种无人水下航行器艉舵位形自主切换控制方法及系统，能够基于环境探测与状态感知，进行切换决策和控制，提升UUV的操控性能和风险应对能力，且自动化水平高。

本发明的一种无人水下航行器艉舵位形自主切换控制方法，包括：

获取无人水下航行器活动范围内的水下环境信息；

感知无人水下航行器的实时状态信息，所述实时状态信息包括运动状态信息、舵角信息和/或剩余电量信息；

根据无人水下航行器的水下环境信息和实时状态信息，结合预先构建的无人水下航行器知识库进行融合诊断，并输出电量不足风险因子、危险环境风险因子或卡舵故障风险因子；

根据电量不足风险因子、危险环境风险因子或卡舵故障风险因子输出对应的艉舵位形切换控制信号；

接收艉舵位形切换控制信号，并根据所述艉舵位形切换控制信号驱动艉舵电机旋转至指定艉舵位形。

较为优选的，根据电量不足风险因子输出对应的艉舵位形切换控制信号包括：

当无人水下航行器的电池剩余电量占总电量的百分比低于设定阈值，且电量不足风险因子P_E小于0，则输出从十字舵位形向X舵位形切换的控制信号，且在切换完成后，不再切换回十字舵位形。

较为优选的，根据危险环境风险因子输出对应的艉舵位形切换控制信号包括：

若危险环境风险因子P_C大于0，则继续保持十字舵位形，不切换；