[发明专利]一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法

说明书

本发明公开了一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，方法包括：建立全回转推进器的推力模型；建立全回转推进器的推力分配矩阵，基于全回转推进器的推力模型并结合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；根据自抗扰原理结合全回转推进器的推力分配算法，构建AUV水平面控制模型；基于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；本发明基于全回转推进器实现了AUV低微速水平面控制，有效解决了狭窄环境、低微速航行工况下AUV操纵控制性能不足的问题。

技术领域

本发明涉及AUV航行控制技术领域，特别涉及一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法。

背景技术

自主式水下航行器(AUV)作为人类探索和开发海洋的重要工具，其在军事和民用领域都有着很大的发展前景。

水下航行器的操纵性是一项重要的指标，随着AUV执行任务的多样性与环境的复杂程度不断提高，对AUV在水下航行的控制精度的要求也越来越迫切，而在执行任务时如果处于低微速的初始状态下，舵面的操纵能力大幅下降，难以实现AUV的水平面控制，当存在水流速度干扰时，难以保持既定航向不变，且由于低微速航行工况下需要较大的回转半径才能实现航向的改变。

因此，如何实现AUV低微速水平面控制，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了至少解决上述部分技术问题的一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，该方法基于全回转推进器实现了AUV低微速水平面控制，有效解决了狭窄环境、低微速航行工况下AUV操纵控制性能不足的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明实施例提供一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法，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。

进一步地，所述全回转推进器布置安装在AUV本体的艏部和艉部。

进一步地，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。

进一步地，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)