波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器及控制方法技术

本发明专利技术提供的是一种波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器及控制方法。利用相似原理，结合波浪滑翔器变航速下的艏向响应方程参数变化规律，实现扩张状态观测器参数的自适应调节。利用扩张状态观测器得到波浪滑翔器艏向、艏向变化率和所受扰动的状态信息，将状态信息输入曲面控制器，并针对扰动调节曲面偏移量进行补偿。通过跟踪微分器安排过渡过程，降低波浪滑翔器期望艏向突变时艏向响应的超调。本发明专利技术的方法，使波浪滑翔器在不同航速、不同干扰下均能实现可靠、响应效果优良的艏向控制，提升了波浪滑翔器潜体艏向控制鲁棒性。控制器参数少易调节，具有变航速下参数自适应能力，解决了变航速下波浪滑翔器潜体艏向控制问题，提高了控制器的适用性。

Adaptive heading controller and control method for wave glider at variable speed

The invention provides an adaptive heading controller and a control method for a wave glider at variable speed. Based on the similarity principle, the adaptive adjustment of the parameters of the extended state observer is realized by combining the variation of the parameters of the forward response equation of the wave glider at variable speed. The extended state observer is used to obtain the heading, heading rate and disturbance state information of the wave glider. The state information is input into the surface controller and compensated for the disturbance to adjust the surface offset. The transition process is arranged by tracking differentiator to reduce the overshoot of the bow response of the wave glider when the expected bow direction changes abruptly. The method of the present invention enables the wave glider to achieve reliable and excellent heading control under different speeds and disturbances, and improves the robustness of the wave glider's submarine heading control. The parameters of the controller are few and easy to adjust. It has the adaptive ability of parameters under variable speed. It solves the heading control problem of the submarine of the wave glider under variable speed and improves the applicability of the controller.

【技术实现步骤摘要】
波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器及控制方法
本专利技术涉及的是一种波浪滑翔器的艏向控制装置，本专利技术也涉及一种波浪滑翔器的艏向控制方法。
技术介绍
波浪滑翔器作为一种新型海洋观测平台，不采用传统航行器螺旋桨推进的方式，通过捕获海洋中的波浪能转化为自身航行的动力，利用太阳能为控制系统提供电力，具备长航时，大航程的作业能力。同时，波浪滑翔器还具备运营成本低，对环境零污染，恶劣海况下生存能力强等特点。因此，波浪滑翔器被广泛用于各种长期的，大范围的海洋观测任务，如气象信息收集、生物迁徙跟踪、海洋环境监测等。由于波浪滑翔器航行动力是由波浪能转化而来的，而非借助于稳定可控的螺旋桨等推进设备，因此在航行过程中波浪滑翔器的航速处在一个绝对值很小的数值区域内，最大约3kn，且航速是不可控制的。虽然波浪滑翔器航速变化的绝对值较小，但其相对改变量相比于其他航行器是非常大的。根据船舶操纵性知识可知，当航速相对变化量较大时，对航行器艏向控制响应影响非常大。当波浪滑翔器在低海况环境下航行时，艏向控制响应速度会大幅降低，此时，传统的PID艏向控制器在控制波浪滑翔器潜体艏向时，由于艏向响应速度慢，会造成积分项大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器，由三部分串联结构组成，分别为跟踪微分器TD、扩张状态观测器与曲面控制器，其特征是：所述扩张状态观测器中的扰动补偿参数b根据波浪滑翔器的当前航速进行实时调节，扰动补偿参数b为波浪滑翔器潜体艏向非线性一阶KT方程中K与T的比值，在不同航速下利用相似原理得到扰动补偿参数b；所述扩张状态观测器实时估计系统的总干扰，并调节曲面控制器的曲面偏移值进行干扰补偿。

【技术特征摘要】
1.一种波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器，由三部分串联结构组成，分别为跟踪微分器TD、扩张状态观测器与曲面控制器，其特征是：所述扩张状态观测器中的扰动补偿参数b根据波浪滑翔器的当前航速进行实时调节，扰动补偿参数b为波浪滑翔器潜体艏向非线性一阶KT方程中K与T的比值，在不同航速下利用相似原理得到扰动补偿参数b；所述扩张状态观测器实时估计系统的总干扰，并调节曲面控制器的曲面偏移值进行干扰补偿。2.一种基于权利要求1所述的波浪滑翔器变航速下自适应艏向控制器的控制方法，其特征是：第一步：在一个无海流干扰的工况下进行波浪滑翔器回转运动试验与Z型操舵试验，记录波浪滑翔器的在这个工况下的航速V0与艏向响应；第二步：建立波浪滑翔器潜体艏向非线性一阶KT方程，并利用回转运动试验与Z型操舵试验的试验数据辨识波浪滑翔器潜体的参数，之后利用相似原理推算出其他航速下波浪滑翔器潜体的参数；第三步：将波浪滑翔器期望艏向ψE输入跟踪微分器安排过渡过程x1，并得到其微分信号x2；第四步：主控计算机依据航速传感器反馈的波浪滑翔器的当前航速V计算并更新扩张状态观测器中的扰动补偿参数b；第五步：将当前波浪滑翔器潜体艏向ψG输入扩张状态观测器，输出3个艏向响应系统的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晔，潘恺文，廖煜雷，王磊峰，张蔚欣，卢倪斌，李子圆，武皓微，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23