[发明专利]一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法

权利要求书

1.一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立全回转推进器的推力模型；

S2、建立全回转推进器的推力分配矩阵，基于所述全回转推进器的推力模型，结合所述全回转推进器的推力分配矩阵，建立全回转推进器的推力分配算法；

S3、根据自抗扰原理结合所述全回转推进器的推力分配算法，构建AUV水平面控制模型；

S4、基于所述AUV水平面控制模型，根据AUV当前航向与指令航向的偏差，计算所述全回转推进器在对应方向的控制力与力矩，实现AUV水平面控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，其特征在于，所述全回转推进器布置安装在AUV本体的艏部和艉部。

3.根据权利要求1所述的一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述全回转推进器的推力模型为：

式中，ρ为水的密度；n为螺旋桨转速，D_p为螺旋桨直径，k_T、k_TN分别表示螺旋桨、导管的推力系数。

4.根据权利要求3所述的一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述全回转推进器的推力分配矩阵为：

其中，F_X表示作用在AUV轴向的控制力，指向前方为正，F_y表示作用在AUV侧向控制力，指向右侧为正,M表示作用在AUV上的控制力矩，逆时针方向为正，α₁表示全回转推进器1的方位角，α₂表示全回转推进器2的方位角，L₁表示全回转推进器1的力臂,L₂表示表示全回转推进器2的力臂,T₁表示表示全回转推进器1的推力大小,T₂表示表示全回转推进器2的推力大小；

将式(2)转换为如式(3)所示：

τ＝B(α)T                  (3)

式中，τ＝[F_x F_y M]^T为控制力与控制力矩矩阵，为推力分配增益矩阵，T＝[T₁ T₂]为两个推进器的推力大小矩阵；

并以能耗最优、最小推力误差、最小回转角度变化与最小推力变化为优化目标，考虑回转角与推力约束以及回转角与推力变化率约束，建立推力分配算法，所述推力分配算法包括推力分配目标函数及约束条件，其中：

所述推力分配目标函数为：

J＝T^TW₁T+s^TW₂s+(α-α₀)^TW₃(α-α₀)+(T-T₀)^TW₄(T-T₀)     (4)

所述约束条件为：

式中：T代表推力，上角标T代表转置，α为全回转推进器的回转角，T₀为上一时刻的推力，α₀为上一时刻的回转角；T_min与T_max为全回转推进器能产生的最小与最大推力，ΔT_min与ΔT_max为全回转推进器能产生的最小与最大推力变化率；α_min与α_max为全回转推进器的最小与最大回转角，Δα_min与Δα_max为全回转推进器的最小与最大回转角变化率；s为推力的松弛变量，W₁,W₂,W₃,W₄为对角的权值矩阵。