【技术实现步骤摘要】
一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法
[0001]本专利技术涉及AUV航行控制
，特别涉及一种基于全回转推进器的AUV水平面控制方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术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...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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＝[T
1 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
T
W1T+s
T
W2s+(α
‑
α0)
T
W3(α
‑
α0)+(T
‑
T0)
T
W4(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。5.根据权利要求4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S3中，所述AUV水平面控制模型包括：扩张状态观测器模型；扩张状态观测器模型的构建具体包括：建立AUV水平面的运动学模型：式中：x、y、ψ分别为AUV在大地坐标系下的纵向位移...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯成刚，王琳琳，韩俊庆，李冀永，于双宁，徐雪峰，王益民，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所九江分部，
类型：发明
国别省市：
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