一种适用于潜航器水面回收的控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于潜航器水面回收的控制系统及其控制方法，属于无人艇技术领域。潜航器水面回收的控制系统包括双体无人艇中控系统、双体无人艇运动控制系统、激光检测与视觉识别模块、潜航器回收系统、潜航器中控系统、潜航器运动控制系统。本发明专利技术在双体无人艇运动控制系统中设计有基于深度学习的无人艇位姿预测模型，实现了无人艇位姿数据的预报，提高了无人艇定位的精度和潜航器回收平台的稳定性。同时，在潜航器运动控制系统中设计有自适应滑模容错跟踪控制器，使潜航器在执行回收任务过程中具有更高的可靠性和稳定性。本发明专利技术设计的潜航器水面回收控制系统能够有效的提高潜航器回收效率和成功率，节省了回收成本，具有一定的实用价值。具有一定的实用价值。具有一定的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于潜航器水面回收的控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及无人艇
，具体涉及一种适用于潜航器水面回收的控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]潜航器凭借其卓越的水下科考能力，被广泛应用于水文地理勘察等领域。并且，伴随着潜航器控制技术的发展，潜航器的回收技术近年来也引起了大量学者的关注。然而，当前潜航器回收技术往往离不开工作人员参与，而且过度的依赖于复杂设计的回收机构，这不仅增加了系统的复杂度，其回收效率也比较低。而且，潜航器除了面对复杂海洋环境和苛刻的通信环境外，还可能遭遇驱动器故障等其它不利因素，这都将增加潜航器回收失败的概率。因此，需要设计一种容错能力较强的鲁棒性控制系统，来保障潜航器可以有效的处理驱动器故障、克服时变的外界干扰和系统不确定性，以提高潜航器的可靠性和稳定性，确保可以顺利、高效的实现预定的潜航器回收任务。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于潜航器水面回收的控制系统及其控制方法。
[0004]为实现专利技术的目的，本专利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于潜航器水面回收的控制系统，其特征在于，包括双体无人艇中控系统、双体无人艇运动控制系统、激光检测与视觉识别模块、潜航器回收系统、潜航器中控系统、潜航器运动控制系统；所述双体无人艇中控系统用于接收用户所发送的回收指令，生成潜航器回收指令和海面目标检测和识别指令，并将潜航器回收指令传输至潜航器中控系统，将海面目标检测和识别指令传输至激光检测与视觉识别模块；所述潜航器中控系统用于接收来自双体无人艇中控系统的潜航器回收指令，生成潜航器上浮指令，并将潜航器上浮指令传输至潜航器运动控制系统；所述潜航器运动控制系统根据接收到的潜航器上浮指令，控制潜航器上浮；所述激光检测与视觉识别模块用于检测水面目标，并将目标检测结果反馈给双体无人艇中控系统；所述双体无人艇中控系统用于接收到激光检测与视觉识别模块反馈的目标检测结果，如果反馈的结果是检测到水面目标，则所述双体无人艇中控系统向双体无人艇运动控制系统发送动力定位指令，如果反馈的结果是未检测到水面目标，则所述双体无人艇中控系统向潜航器中控系统发送的潜航器回收指令；所述双人无人艇运动控制系统根据接收到的动力定位指令，完成双体无人艇的动力定位，并将完成动力定位指令反馈给双体无人艇中控系统；所述双体无人艇中控系统根据双人无人艇运动控制系统反馈的完成动力定位指令，向潜航器回收系统发送回收装置下放指令；所述潜航器回收系统根据接收到的回收装置下放指令将回收装置下放到回收准备点位置，并将回收准备点位置、回收装置开口端中心轴线信息反馈给双体无人艇中控系统；所述双体无人艇中控系统将回收准备点位置、回收装置开口端中心轴线信息、前进指令传输给潜航器中控系统，潜航器中控系统再将回收准备点位置、回收装置开口端中心轴线信息和前进指令传输给潜航器运动控制系统；所述潜航器运动控制系统根据回收准备点位置、回收装置开口端中心轴线信息和前进指令规划潜航器与回收准备点位置间的期望路径，控制潜航器进入回收装置；所述激光检测与视觉识别模块对回收装置内部进行目标识别，并将目标识别结果反馈给双体无人艇中控系统，如果识别到目标，则潜航器回收系统按预定指令继续完成潜航器的回收工作，如果未能识别到目标，则激光检测与视觉识别模块将未能识别到目标的结果反馈给双体无人艇中控系统，双体无人艇中控系统再次向潜航器中控系统发送回收指令，使潜航器重新回到回收准备点位置，继续执行回收任务，直至完成潜航器的回收。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述潜航器运动控制系统包括路径规划模块、积分器、自适应滑模容错跟踪控制器、驱动器、潜航器；所述路径规划模块中运行有Lifelong Planning A*算法，根据目标点的位姿数据为潜航器规划出期望路径，所述路径规划模块的输入为回收准备点位置、回收装置开口端中心轴线信息，路径规划模块的输出为潜航器的期望位姿数据；所述积分器的输入为潜航器的实际位姿数据与期望位姿数据之间的跟踪误差，积分器的输出为积分后的跟踪误差；所述自适应滑模容错跟踪控制器的输入为潜航器的实际位姿数据与期望位姿数据之间的跟踪误差及积分后的跟踪误差，自适应滑模容错跟踪控制器的输出为控制指令；所述驱动器的输入为控制指令，驱动器根据控制指令修正潜航器实际位姿与期望位姿之间的跟踪误差，调节潜航器在纵向、横向、升沉、艏向、俯仰的运动。3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述自适应滑模容错跟踪控制器由自适应滑模容错控制律、T
–
S模糊逻辑系统、权值更新律组成；所述权值更新律的输入为跟踪误差，所述权值更新律的输出为实时优化后权值的导数；所述T
–
S模糊逻辑系统的输入为实
时优化后权值的导数，所述T
–
S模糊逻辑系统的输出为模型不确定性和外界干扰的估计值；所述自适应滑模容错控制律的输入为积分后的跟踪误差和模型不确定性与外界干扰的估计值，所述自适应滑模容错控制律的输出为带有鲁棒性的主动容错控制律。4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述自适应滑模容错跟踪控制器的设计包括以下步骤：(1)构建潜航器动力学模型：构建潜航器动力学模型，所述潜航器动力学模型公式如式(Ⅰ)所示：式中，U＝[u,v,r,p,w]
T
表示潜航器的速度矢量，其中，u,v,r,p,w分别为潜航器在纵向、横向、艏向、俯仰、升沉方向上的速度；表示潜航器的附加质量矩阵，且质量矩阵，且质量矩阵，且其中，m表示潜航器的质量，x
g
表示潜航器的重心；表示潜航器的线性阻尼矩阵；表示潜航器的非线性阻尼矩阵；表示柯氏力
矩阵，X
u
,X
|u|u
,X
uuu
,Y
v
,Y
p
,Y
|v|v
,Y
r
,Y
|r|r
,Y
|r|v
,Y
|v|r
,N
v
,N
|v|v
,N
r
,N
|r|r
,N
|v|r
,N
|r|v
,K
p
,K
w
,K
|p|p
,Z
w
,Z
|w|w
均表示水动力系数，且均为正常数；d表示由海流引起的环境干扰；表示将速度信息转化为位置信息的转换矩阵；y＝[y1,y2,y3,y4,y5]
T
表示潜航器输出的位置信息，其中，y1为潜航器输出的纵向位置信息，y2为潜航器输出的横向位置信息，y3为潜航器输出的艏摇位置信息，y4为潜航器输出的俯仰位置信息，y5为潜航器输出的升沉位置信息，T表示对矩阵进行转置；表示带有驱动器故障的控制输入，其中，为带有驱动器故障的纵向驱动力，为带有驱动器故障的横向驱动力，为带有驱动器故障的艏向驱动力，为带有驱动器故障的俯仰方向驱动力，为带有驱动器故障的升沉方向驱动力，且其中，ρ表示失效因子，τ为控制器控制指令，代表未知的故障且代表未知的故障且为正常数；(2)构建T
‑
S模糊逻辑系统：构建T
‑
S模糊逻辑系统来补偿潜航器动力学模型的不确定性、时变浮力和外界干扰，所述T
‑
S模糊逻辑系统的公式如式(Ⅱ)所示：式中，为优化的权值矢量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王曰英，陈汇资，吴乃龙，周卫祥，成敏，杜鑫，付俊，解相朋，姜斌，罗均，汪小帆，杨希祥，严怀成，
申请(专利权)人：王曰英，
类型：发明
国别省市：