【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下航行器的，具体而言，涉及基于深度-航向-速度运动解耦的水下航行器控制方法。
技术介绍
1、海洋覆盖了地球表面的71％，产生了全球约50％的初级生产力，并支持了大部分的生物多样性，二十一世纪以来，各国对海洋领土的重视程度越来越高，随着全球逐渐对海洋的开发和利用，水下航行器的设计与研制已经成为了各国的重要研究课题，受到水下生物运动的启发，通过研究千百年进化而造就的水下生物的推进机制，给予航行器水下生物的运动与推进方式，从而研制仿生水下航行器，与常规的水下航行器相比，仿生水下航行器具有高效率、高机动和高隐蔽性等优势，适用于多种复杂的场景。
2、然而，由于仿生水下航行器的动力学模型十分复杂，对其控制方法还相对较少，同时对深度、航向以及速度的复合控制较为困难，急需一种能够进行深度-航向-速度运动解耦的控制方法，来对水下航行器进行深度、航向以及速度的精细化控制。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是：提供基于深度-航向-速度运动解耦的水下航行器控制方法，能够进行深度-航向-速度运动解耦，实现水下航行器深度、航向以及速度的精细化控制。
2、为解决上述问题，本专利技术提供基于深度-航向-速度运动解耦的水下航行器控制方法，预先于水下航行器上安装一速度传感器、一航向传感器和一深度传感器，所述水下航行器包括多个运动单元，所述水下航行器控制方法包括以下步骤：
3、步骤s1，实时获取所述速度传感器输出的一实时速度、所述航向传感器输出的一实时航向角和
4、步骤s2，根据所述实时速度、预设的期望速度和所述水下航行器的参数数据得到第一控制输出，并根据所述实时航向角、预设的期望航向角和所述参数数据得到第二控制输出，以及根据所述实时深度、预设的期望深度和所述参数数据得到第三控制输出；
5、步骤s3，根据所述第一控制输出控制调整所述水下航行器两侧胸鳍的扑动频率以调整所述实时速度至所述期望速度，并根据所述第二控制输出控制调整所述水下航行器左侧胸鳍或右侧胸鳍的扑动振幅以调整所述实时航向角至所述期望航向角，以及根据所述第三控制输出控制调整所述水下航行器尾部舵机的摆角以调整所述实时深度至所述期望深度；
6、所述步骤s3中还包括一运动姿态调整过程，所述运动姿态调整过程包括：
7、步骤a1，获取所述水下航行器上各所述运动单元的当前相位和当前振幅，将两侧胸鳍的所述扑动频率、左侧胸鳍的所述扑动振幅、右侧胸鳍的所述扑动振幅和尾部舵机的所述摆角作为控制参数与各所述运动单元的所述当前相位和所述当前振幅输入至cpg相位振荡器模型中处理得到各所述运动单元对应的输出角度；
8、步骤a2，根据各所述输出角度控制所述水下航行器进行姿态调整。
9、优选的，所述水下航行器的所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤s2中，根据所述实时速度、预设的所述期望速度和所述水下航行器的所述参数数据得到所述第一控制输出的过程包括以下步骤：
10、步骤b1，根据所述实时速度和所述期望速度得到当前时刻的速度误差；
11、步骤b2，根据当前时刻的所述速度误差、上一时刻的所述速度误差、所述采样周期、所述第一三元参数和所述第二三元参数得到所述第一控制输出。
12、优选的，所述步骤s2中，通过以下计算公式得到所述第一控制输出：
13、
14、其中，
15、u1(t)表示所述第一控制输出；
16、kp表示所述第一三元参数；
17、e1表示当前时刻的所述速度误差；
18、ki表示所述第二三元参数；
19、t表示所述采样周期；
20、e2表示上一时刻的所述速度误差。
21、优选的，所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤s2中，根据所述实时航向角、预设的所述期望航向角和所述参数数据得到所述第二控制输出的过程包括以下步骤：
22、步骤c1，根据所述实时航向角和所述期望航向角得到当前时刻的航向角误差；
23、步骤c2，根据当前时刻的所述航向角误差、上一时刻的所述航向角误差、所述采样周期、所述第一三元参数和所述第二三元参数得到所述第二控制输出。
24、优选的，所述步骤s2中，通过以下计算公式得到所述第二控制输出：
25、
26、其中，
27、u2(t)表示所述第二控制输出；
28、kp表示所述第一三元参数；
29、e3表示当前时刻的所述航向角误差；
30、ki表示所述第二三元参数；
31、t表示所述采样周期；
32、e4表示上一时刻的所述航向角误差。
33、优选的，所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤s2中，根据所述实时深度、预设的所述期望深度和所述参数数据得到所述第三控制输出的过程包括以下步骤：
34、步骤d1，根据所述实时深度和所述期望深度得到当前时刻的深度误差；
35、步骤d2，根据当前时刻的所述深度误差、上一时刻的所述深度误差、所述采样周期、所述第一三元参数和所述第二三元参数得到所述第三控制输出。
36、优选的，所述步骤s2中，通过以下计算公式得到所述第三控制输出：
37、
38、其中，
39、u3(t)表示所述第三控制输出；
40、kp表示所述第一三元参数；
41、e5表示当前时刻的所述深度误差；
42、ki表示所述第二三元参数；
43、t表示所述采样周期；
44、e6表示上一时刻的所述深度误差。
45、优选的，所述步骤a1中，通过以下计算公式得到各所述运动单元的所述输出角度：
46、
47、
48、θi＝ai[1+cos(φi)]
49、其中，
50、表示第i个所述运动单元的所述当前振幅的二阶导数；
51、γi表示预设状态参数；
52、ai、fi、表示输入的所述控制参数；
53、ai表示第i个所述运动单元的所述当前振幅；
54、表示第i个所述运动单元的所述当前振幅的一阶导数；
55、表示第i个所述运动单元的所述当前相位的一阶导数；
56、ωij表示第j个所述运动单元对第i个所述运动单元的耦合权重；
57、φj表示第j个所述运动单元的所述当前相位；
58、φi表示第i个所述运动单元的所述当前相位；
59、θi表示第i个所述运动单元的所述输出角度。
60、优选的，执行所述步骤s3之后还包括：
61、判断所述实时深度是否达到所述期望深度且所述实时航向角是否达到所述期望航向角且所述实时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于深度-航向-速度运动解耦的水下航行器控制方法，其特征在于，预先于水下航行器上安装一速度传感器、一航向传感器和一深度传感器，所述水下航行器包括多个运动单元，所述水下航行器控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述水下航行器的所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤S2中，根据所述实时速度、预设的所述期望速度和所述水下航行器的所述参数数据得到所述第一控制输出的过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过以下计算公式得到所述第一控制输出：
4.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤S2中，根据所述实时航向角、预设的所述期望航向角和所述参数数据得到所述第二控制输出的过程包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过以下计算公式得到所述第二控制输出：
6.根据权利要求1所述的水下航行器控制
7.根据权利要求6所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过以下计算公式得到所述第三控制输出：
8.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述步骤A1中，通过以下计算公式得到各所述运动单元的所述输出角度：
9.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，执行所述步骤S3之后还包括：
...【技术特征摘要】
1.基于深度-航向-速度运动解耦的水下航行器控制方法，其特征在于，预先于水下航行器上安装一速度传感器、一航向传感器和一深度传感器，所述水下航行器包括多个运动单元，所述水下航行器控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述水下航行器的所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤s2中，根据所述实时速度、预设的所述期望速度和所述水下航行器的所述参数数据得到所述第一控制输出的过程包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，通过以下计算公式得到所述第一控制输出：
4.根据权利要求1所述的水下航行器控制方法，其特征在于，所述参数数据包括采样周期、第一三元参数和第二三元参数，所述步骤s2中，根据所述实时航向角、预设的所述期望航向角和...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹勇，骆凯盟，郝艺伟，张文泽，刘博俊，李康康，曹永辉，潘光，
申请(专利权)人：西北工业大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：
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