一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法技术

本发明专利技术提出一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，UUV航行过程中，计算UUV与对接装置中轴线的横向距离，当横向距离较大时，执行横移算法1，否则执行横移算法2。横移算法1具体为：以当前航向Ψ为基准，控制UUV向对接装置中轴线方向旋回特定角度Ψ1，直航一定时间后再旋回至航向Ψ，之后依据导引信息调整航向；横移算法2具体为：以当前航向Ψ为基准，控制UUV向对接装置中轴线方向旋回一定角度Ψ2，执行Ψ2完毕后，立即旋回至航向Ψ，之后依据导引信息调整航向并重复执行横移算法2直至靠近对接装置。本发明专利技术使UUV通过横移控制，其航路能够逐步趋于对接装置中轴线，使UUV获得较好的检测条件，便于实施精确空间机动控制，从而提高对接成功率。

A Transverse Shift Control Method for Underwater Docking of Low Speed Underwater Vehicle with Tail Propulsion

The invention provides a transverse motion control method for Underwater Docking of a tail-propelled low-speed underwater vehicle. In the course of UUV navigation, the transverse distance between UUV and the axis of the docking device is calculated. When the transverse distance is large, the transverse motion algorithm 1 is executed, otherwise the transverse motion algorithm 2 is executed. The transverse algorithm 1 is to control the specific angle_1 of the UUV to the axis direction of the docking device based on the current course_, and then turn to the course_after a certain period of direct navigation, and then adjust the course according to the guidance information. The transverse algorithm 2 is to control the axis direction of the UUV docking device based on the current course_, and to rotate a certain angle_2 immediately after execution_2. Return to heading_, then adjust heading according to guidance information and repeat the translation algorithm 2 until it is close to docking device. The invention enables the UUV to gradually approach the axis of the docking device through the transverse control, so that the UUV can obtain better detection conditions, facilitate the implementation of accurate space maneuver control, and thereby improve the docking success rate.

【技术实现步骤摘要】
一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法
本专利技术涉及水下航行器控制
，具体为一种适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器与水下对接装置对接的横移控制方法。
技术介绍
随着信息技术的不断发展，无人低速水下航行器(UUV)作为探索海洋空间的有力工具之一，在军事和科学研究方面起着越来越重要的作用。未来的UUV需要更长的水下工作时间、更隐蔽的情报收集能力以及更强大的通信能力，而这些目标的实现主要受到自身携带的能源和水下通信的限制。因此，水下对接装置作为补给支持及信息交换系统就显得十分重要。目前，国内外涌现了多种对接系统，根据对接协作目标的结构要求可以分为全方位对接装置和单一方向对接装置。全方位对接装置结构复杂，而单一方向对接装置设计简单，易于实现。单一方向对接装置常采用圆锥形结构，通过缆绳锚系于海底，其对接装置设计简单，有明确的朝向，但对接装置一般尺寸较小。单一方向对接装置配套使用的UUV要求尺寸较小，而使用多组推进器会直接增大UUV直径，不利于对接，因此UUV只能采用单一尾部推进，这样就对UUV的控制系统提出了较高的要求，UUV的稳定控制和对接控制均需要良好的控制算法。申请人认为，在对接控制中，UUV在距离对接装置较远时，应控制UUV按照预先设定的方位或者导引信息向对接装置航行，在距离对接装置较近时，应控制UUV逐步转向至对接装置方向。为了给导引系统提供更好的检测条件，同时也为末程精确对接提供有利态势，应控制UUV在接近过程中逐步横移，使自身航路趋于对接装置中轴线，这样才能使UUV有较好的检测、控制条件，便于实施精确空间机动控制，从而提高对接成功率。
技术实现思路
在对接控制中，UUV航向与对接装置朝向的夹角较大时，不利于导引系统的检测，也不利于末程精确对接控制，为此，本专利技术提出一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，使UUV通过横移控制，其航路能够逐步趋于对接装置中轴线，使UUV获得较好的检测条件，便于实施精确空间机动控制，从而提高对接成功率。本专利技术的原理是：UUV航行过程中，根据与对接装置的距离及航向夹角，计算UUV与对接装置中轴线的横向距离，当横向距离较大时，执行横移算法1，控制UUV向对接装置中轴线方向作大范围横移，否则执行横移算法2，执行微移。横移算法1具体为：以当前航向Ψ为基准，控制UUV向对接装置中轴线方向旋回特定角度Ψ1，直航一定时间后再旋回至航向Ψ，之后依据导引信息调整航向；横移算法2具体为：以当前航向Ψ为基准，控制UUV向对接装置中轴线方向旋回一定角度Ψ2(Ψ2应不大于导引扇面角的一半)，执行Ψ2完毕后，立即旋回至航向Ψ，之后依据导引信息调整航向并重复执行横移算法2直至靠近对接装置。本专利技术的技术方案为：所述一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在水下航行器根据声导引信息进行指向对接装置的航行过程中，根据当前航向ψ以及水下航行器与对接装置的距离，计算水下航行器与对接装置中轴线的横向距离；其中对接装置中轴线处于航向角为0的方向；当水下航行器与对接装置中轴线的横向距离大于设定阈值，则进行步骤2，否则进行步骤3；步骤2：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：ψH＝|ψ|+ψ1式中ψH为航向角指令数值，ψ1为预先设定的航向角增量；水下航行器按照ψH直航设定时间后，控制航向角旋回到ψ，当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信息调整水下航行器指向，使水下航行器指向对接装置航行；返回步骤1；步骤3：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：式中ψH为航向角指令数值，ψ2为预先设定的航向角增量，且ψd为导引扇面角，n为步骤3执行的次数；当水下航行器航向角达到ψH后，立即执行航向角指令ψH＝ψ，当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信息调整水下航行器指向，使水下航行器指向对接装置航行；步骤4：重复执行步骤3，直至水下航行器与对接装置中轴线的横向距离小于预设值后，控制水下航行器指向对接装置直航。进一步的优选方案，所述一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，其特征在于：ψ1不小于30°。有益效果本专利技术适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器与对接装置的对接控制，兼顾大范围横移与小区间微移，能够使UUV在航行过程中，逐步逼近对接口中轴线，为导引检测、对接控制提供有利条件，便于实施小角度精确空间机动，可大幅度提高对接成功率。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：对接横移控制示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，本实施例中的一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，包括以下步骤：步骤1：在水下航行器根据声导引信息进行指向对接装置的航行过程中，根据当前航向ψ以及水下航行器与对接装置的距离，计算水下航行器与对接装置中轴线的横向距离；其中对接装置中轴线处于航向角为0的方向；当水下航行器与对接装置中轴线的横向距离大于设定阈值，则进行步骤2，否则进行步骤3；步骤2：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：ψH＝|ψ|+ψ1式中ψH为航向角指令数值，ψ1为预先设定的航向角增量，ψ1不小于30°；水下航行器按照ψH直航设定时间T1后，控制航向角旋回到ψ，其中T1应控制在水下航行器不越过对接装置中轴线，且能使水下航行器横移后可通过声导引检测到对接装置的范围内；当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信息调整水下航行器指向，使水下航行器指向对接装置航行；返回步骤1；步骤3：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：式中ψH为航向角指令数值，ψ2为预先设定的航向角增量，且ψd为导引扇面角，n为步骤3执行的次数；当水下航行器航向角达到ψH后，立即执行航向角指令ψH＝ψ，当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信息调整水下航行器指向，使水下航行器指向对接装置航行；步骤4：重复执行步骤3，直至水下航行器与对接装置中轴线的横向距离小于预设值后，控制水下航行器指向对接装置直航。本专利技术适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器与对接装置的对接控制，兼顾大范围横移与小区间微移，能够使UUV在航行过程中，逐步逼近对接口中轴线，为导引检测、对接控制提供有利条件，便于实施小角度精确空间机动，可大幅度提高对接成功率。尽管上面已经示出和描述了本专利技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本专利技术的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本专利技术的原理和宗旨的情况下在本专利技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在水下航行器根据声导引信息进行指向对接装置的航行过程中，根据当前航向ψ以及水下航行器与对接装置的距离，计算水下航行器与对接装置中轴线的横向距离；其中对接装置中轴线处于航向角为0的方向；当水下航行器与对接装置中轴线的横向距离大于设定阈值，则进行步骤2，否则进行步骤3；步骤2：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：ψH＝|ψ|+ψ1式中ψH为航向角指令数值，ψ1为预先设定的航向角增量；水下航行器按照ψH直航设定时间后，控制航向角旋回到ψ，当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信息调整水下航行器指向，使水下航行器指向对接装置航行；返回步骤1；步骤3：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：

【技术特征摘要】
1.一种尾部推进低速水下航行器水下对接横移控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在水下航行器根据声导引信息进行指向对接装置的航行过程中，根据当前航向ψ以及水下航行器与对接装置的距离，计算水下航行器与对接装置中轴线的横向距离；其中对接装置中轴线处于航向角为0的方向；当水下航行器与对接装置中轴线的横向距离大于设定阈值，则进行步骤2，否则进行步骤3；步骤2：控制水下航行器向对接装置中轴线偏转，其中航向角指令为：ψH＝|ψ|+ψ1式中ψH为航向角指令数值，ψ1为预先设定的航向角增量；水下航行器按照ψH直航设定时间后，控制航向角旋回到ψ，当水下航行器航向角回到ψ后，根据声导引信...

【专利技术属性】
技术研发人员：程树明，范辉，国琳娜，王俊昌，刘巍，晁越，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零五研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61