折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法，具体涉及跨介质折叠翼航行器的出水控制领域。本发明专利技术解决了现有针对折叠翼式跨介质航行器出水控制策略无法实现直接出水，且存在易受环境干扰、出水时间较长、以及响应速度慢的问题。本发明专利技术出水控制方法为先执行水下定深航行任务，之后执行出水任务，在此期间通过运动控制系统调整飞行姿态，以预设出水俯仰角向水面航行，当空气螺旋桨是否露出水面时以最大功率开启空气螺旋桨，当空气螺旋桨的工作时间达到预设工作时间时，展开机翼，进行空中航行。本发明专利技术主要应用在跨介质航行领域。要应用在跨介质航行领域。要应用在跨介质航行领域。
【技术实现步骤摘要】
折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法
[0001]本专利技术属于无人航行器的控制领域，具体涉及跨介质折叠翼航行器的出水控制领域。
技术介绍
[0002]跨介质航行器是一种具有在水、空两种介质下运动的跨介质航行器。跨介质航行器拥有水下航行的隐蔽特性以及空中航行的快速性和机动性，且其在一次航行任务时能够同时采集空中和水下的相应数据，使得跨介质航行器在军事领域和民用领域都有极高的应用前景和应用价值。
[0003]折叠翼式跨介质航行器在水中航行器时将机翼折叠减少水中阻力，进入到空中时展开机翼进行飞行，可实现出入水以此实现跨介质航行。由于水的空气的物理性质相差巨大，水的密度是空气的800多倍，航行器在水中和空中的运动特性有很大的不同，且航行器在出水过程中需要对运动特性做出快速响应、并且出水容易受到较大的风浪干扰，因此，针对“直接出水”运动控制难度较大。
[0004]而针对折叠翼式跨介质航行器在“直接出水”过程中需要对运动特性做出快速响应、并且出水容易受到较大的风浪干扰的问题，一直处于理论研究的实验室阶段，要么过于复杂难以用于实际工程中；要么采用积分环节消除稳态干扰误差使得系统响应慢且超调大，同时还存在由于干扰导致姿态无法稳定难以用于折叠翼式跨介质航行器的运动控制中去。
[0005]而现有技术中，虽然存在应用到实际中的折叠翼式跨介质航行器的出水控制策略，但是该种出水控制策略“无法实现直接出水”，出水控制的具体流程为：首先航行器潜入水中一定深度，到达预设深度值后航行器上浮并航行至水面，再在水面上展开机翼并滑行起飞，进入空中航行。但是实际应用中对滑行起飞的环境要求严格，必须在相对风平浪静的环境才能实现滑行，然后实现起飞，否则水面处存在风浪干扰，仍然无法实现起飞；因此，通过该种出水方式进行跨介质出水过程，存在易受环境干扰、且需要较长的时间来进行上浮以及滑行起飞，导致出水时间较长，响应速度慢。
[0006]综上，针对现有技术中折叠翼式跨介质航行器的出水控制策略无法实现直接出水、易受环境干扰、出水时间较长、以及响应速度慢的问题亟需解决。
技术实现思路
[0007]本专利技术目的是为了解决现有针对折叠翼式跨介质航行器出水控制策略无法实现直接出水，且存在易受环境干扰、出水时间较长、以及响应速度慢的问题，本专利技术提供了一种折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法。
[0008]折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法，该方法包括如下步骤：
[0009]S1、执行水下定深航行任务：
[0010]设定目标深度、目标横滚角和目标艏向角，并通过运动控制系统结合设定的目标
深度、目标艏向角和目标艏向角，对折叠翼式跨介质航行器进行控制，使折叠翼式跨介质航行器在目标深度所在的阈值范围内航行，实现水下定深航行；
[0011]S2、判断水下定深航行时间是否达到预设航行时间，结果为是，执行步骤S3；结果为否，执行步骤S1；
[0012]S3、通过运动控制系统调整折叠翼式跨介质航行器的飞行姿态，使折叠翼式跨介质航行器以预设出水俯仰角向水面航行，执行出水任务，执行步骤S4；其中，预设出水俯仰角的取值范围75
°
至85
°
；
[0013]S4、根据采集的空气螺旋桨的出水信息，判断空气螺旋桨是否露出水面，结果为是，执行步骤S5，结果为否，返回步骤S3；
[0014]S5、以最大功率开启空气螺旋桨，执行步骤S6；
[0015]S6、判断是否存在航行器俯仰角小于预设上限，结果为是，执行步骤S7，结果为否，执行步骤S8；同时还根据采集的空气螺旋桨的出水信息，判断空气螺旋桨是否再次入水，结果为是，执行步骤S7，结果为否，执行步骤S8；
[0016]S7、关闭空气螺旋桨，此时，出水失败，执行步骤S1；
[0017]S8、判断空气螺旋桨的工作时间是否达到预设工作时间，结果为否，返回步骤S8；结果为是，此时，折叠翼式跨介质航行器完全暴露在空气中、并使其机翼展开执行空中飞行任务，完成出水任务。
[0018]作为优选，步骤S1中、执行水下定深航行任务时，通过运动控制系统结合设定的目标深度、目标艏向角和目标艏向角，对折叠翼式跨介质航行器进行控制的实现过程包括如下步骤：
[0019]S11、通过姿态传感器采集折叠翼式跨介质航行器的实际横滚角、实际俯仰角和实际艏向角；
[0020]S12、运动控制系统中深度控制器，根据设定的目标深度和实际航行深度计算目标俯仰角，并将其目标俯仰角送至运动控制系统中的俯仰角控制器；
[0021]S13、运动控制系统中的俯仰角控制器根据计算出的目标俯仰角和实际俯仰角生成升降舵的舵角控制信号，通过升降舵的舵角控制信号控制折叠翼式跨介质航行器的两个升降舵的舵角；同时，运动控制系统中横滚角控制器根据预设的目标横滚角和实际横滚角生成舵角差动信号，通过舵角差动信号对两个升降舵进行差动控制，同时，运动控制系统中艏向角控制器根据预设的目标艏向角和实际艏向角生成方向舵的舵角控制信号，通过该方向舵的舵角控制信号对方向舵的舵角进行控制，从而实现了对折叠翼式跨介质航行器的控制。
[0022]作为优选，步骤S3中，执行出水任务时，通过运动控制系统调整折叠翼式跨介质航行器的飞行姿态的实现过程包括如下步骤：
[0023]S31、通过姿态传感器，采集折叠翼式跨介质航行器的实际横滚角、实际俯仰角和实际艏向角；
[0024]S32、俯仰角控制器根据给定的目标俯仰角和实际俯仰角生成升降舵的舵角控制信号，通过升降舵的舵角控制信号控制折叠翼式跨介质航行器的两个升降舵的舵角；同时，运动控制系统中横滚角控制器根据预设的目标横滚角和实际横滚角生成舵角差动信号，通过舵角差动信号对两个升降舵进行差动控制，同时，运动控制系统中艏向角控制器根据预
设的目标艏向角和实际艏向角生成方向舵的舵角控制信号，从而实现对折叠翼式跨介质航行器的飞行姿态控制。
[0025]作为优选，深度控制器计算目标俯仰角的实现方式为：
[0026][0027]pitch
d
为深度控制器计算出的目标俯仰角，m为缓和程度参数，k为误差消除速率参数，h为当前的实际航行深度，h
d
为目标深度。
[0028]作为优选，俯仰角控制器生成升降舵的舵角控制信号实现方式为：
[0029][0030]其中，u1为升降舵的舵角控制信号，e为自然数，e1为当前时刻下目标俯仰角和实际俯仰角间的差值，k1为改变姿态控制响应速度的参数，k2为改变姿态控制稳定性的参数，k3为舵角最大变化速率参数，t为时间。
[0031]作为优选，横滚角控制器生成舵角差动信号实现方式为：
[0032][0033]其中，u2为舵角差动信号，e为自然数，e2为当前时刻下目标横滚角和实际横滚角间的差值，k1为改变姿态控制响应速度的参数，k2为改变姿态控制稳定性的参数，k3为舵角最大变化速率参数，t为时间。
[0034]作为优选，艏向角控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1、执行水下定深航行任务：设定目标深度、目标横滚角和目标艏向角，并通过运动控制系统结合设定的目标深度、目标艏向角和目标艏向角，对折叠翼式跨介质航行器进行控制，使折叠翼式跨介质航行器在目标深度所在的阈值范围内航行，实现水下定深航行；S2、判断水下定深航行时间是否达到预设航行时间，结果为是，执行步骤S3；结果为否，执行步骤S1；S3、通过运动控制系统调整折叠翼式跨介质航行器的飞行姿态，使折叠翼式跨介质航行器以预设出水俯仰角向水面航行，执行出水任务，执行步骤S4；其中，预设出水俯仰角的取值范围75
°
至85
°
；S4、根据采集的空气螺旋桨的出水信息，判断空气螺旋桨是否露出水面，结果为是，执行步骤S5，结果为否，返回步骤S3；S5、以最大功率开启空气螺旋桨，执行步骤S6；S6、判断是否存在航行器俯仰角小于预设上限，结果为是，执行步骤S7，结果为否，执行步骤S8；同时还根据采集的空气螺旋桨的出水信息，判断空气螺旋桨是否再次入水，结果为是，执行步骤S7，结果为否，执行步骤S8；S7、关闭空气螺旋桨，此时，出水失败，执行步骤S1；S8、判断空气螺旋桨的工作时间是否达到预设工作时间，结果为否，返回步骤S8；结果为是，此时，折叠翼式跨介质航行器完全暴露在空气中、并使其机翼展开执行空中飞行任务，完成出水任务。2.根据权利要求1所述的折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法，其特征在于，步骤S1中、执行水下定深航行任务时，通过运动控制系统结合设定的目标深度、目标艏向角和目标艏向角，对折叠翼式跨介质航行器进行控制的实现过程包括如下步骤：S11、通过姿态传感器采集折叠翼式跨介质航行器的实际横滚角、实际俯仰角和实际艏向角；S12、运动控制系统中深度控制器，根据设定的目标深度和实际航行深度计算目标俯仰角，并将其目标俯仰角送至运动控制系统中的俯仰角控制器；S13、运动控制系统中的俯仰角控制器根据计算出的目标俯仰角和实际俯仰角生成升降舵的舵角控制信号，通过升降舵的舵角控制信号控制折叠翼式跨介质航行器的两个升降舵的舵角；同时，运动控制系统中横滚角控制器根据预设的目标横滚角和实际横滚角生成舵角差动信号，通过舵角差动信号对两个升降舵进行差动控制，同时，运动控制系统中艏向角控制器根据预设的目标艏向角和实际艏向角生成方向舵的舵角控制信号，通过该方向舵的舵角控制信号对方向舵的舵角进行控制，从而实现了对折叠翼式跨介质航行器的控制。3.根据权利要求1所述的折叠翼式跨介质航行器的出水控制方法，其特征在于，步骤S3中，执行...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宝旭，曹建，李岳明，孙祥仁，韩兆亮，李晔，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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