【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深海剖面浮标定深，具体涉及一种深海剖面浮标水下悬停控制方法。
技术介绍
1、深海剖面浮标等剖面运动平台，在工作过程中均存在水下定深环节，用于满足作业任务需求。由于海水密度随深度非线性变化，因而有定深需求的剖面浮标通常搭载有浮力调节系统；如图1所示，浮力调节系统通常包括位于剖面浮标舱体内的内油箱、液压泵和电磁阀以及位于剖面浮标舱体外的外油囊；开启液压泵以将内油箱的液压油排至外油囊，增大排水体积，实现浮力增加以上浮；开启电磁阀以在外部压力下使外油囊的液压油回流至内油箱，减小排水体积，实现浮力减小以下潜；因而，可通过改变外油囊的体积来调节剖面浮标所受的浮力，实现剖面浮标自身重力与浮力的平衡，从而达到定深悬停目的；但受定深控制策略、剖面浮标自身属性以及海洋复杂环境的影响，如何实现深海剖面浮标的高精度定深悬停仍是一个挑战。
2、目前常用的深海剖面浮标定深控制策略为pid控制，即比例、积分、微分控制，其控制框图如图2所示，是一种控制输出反馈与输入值之间的偏差来消除误差的控制策略；具体为，其系统输入r(t)为悬停深度值、系统输出c(t)为当前深度值，通过对偏差e(t)＝c(t)-r(t)进行比例、积分、微分运算后，对控制环节进行补偿修正，最终消除系统输出、输入误差值。然而，该pid控制方式存在以下局限性：
3、1)该控制策略是全过程控制，直接将悬停深度作为系统输入，但深海剖面浮标下潜速度通常较慢，如首次下潜调节后发现没有到达预设深度，需要在较大水深下再次开启电磁阀回油，会产生以下两个问题：一是能够高压开启
4、2)深海剖面浮标在下潜过程中外界干扰因素复杂，容易引入过多噪声，影响控制效果；
5、3)在深海剖面浮标的实际任务应用中，通常不会关注下潜的具体过程，而只关注最终悬停的深度是否精确，因而无需做下潜阶段的全过程控制。
技术实现思路
1、针对相关技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，旨在解决现有剖面浮标水下悬停控制方式的缺陷，提高深海剖面浮标水下定深悬停精度。
2、本专利技术提供一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，包括以下步骤：
3、s1、建立反映剖面浮标自身属性的数学模型，表示为式(1)；
4、mg＝ρ(p0,t0,s0)gv0＝ρ(p,t,s)g(v0-δvb)(1-αδp)(1-βδt) (1)；
5、式(1)中，m为剖面浮标的质量；ρ(p0,t0,s0)为海面处的海水密度，为海面处的海水压力p0、海水温度t0、海水盐度s0的函数，p0＝0；v0为剖面浮标的初始体积；ρ(p,t,s)为海水深度h处的海水密度，为h处的海水压力p、海水温度t、海水盐度s的函数；δvb为剖面浮标从海面下潜至h处时外油囊体积变化量；α为剖面浮标的可压缩系数；β为剖面浮标的热膨胀系数；δp和δt分别为海面至h处的海水压力变化值和海水温度变化值，其中，δp＝|p0-p|，δt＝|t0-t|；
6、s2、剖面浮标首先进行全深度无悬停的快速下潜及上浮，全深度大于剖面浮标目标悬停深度hm，以获取全深度范围内海水压力、海水温度、海水盐度的测量值，据此解算海面处的海水密度ρ(p0,t0,s0)、hm处的海水密度ρ(pm,tm,sm0、海面至hm处的海水压力变化值δpm及海水温度变化值δtm，其中，δpm＝|p0-pm|，δtm＝|t0-tm|，pm、tm、sm分别为hm处的海水压力、海水温度、海水盐度；
7、s3、令ρ(p,t,s)＝ρ(pm,tm,sm)，δp＝δpm，δt＝δtm，根据式(1)解算剖面浮标从海面下潜至悬停于hm处时外油囊体积变化量δvbm；
8、s4、剖面浮标在海面处开启电磁阀以使外油囊的液压油回流至内油箱，回油量为δvbm，使剖面浮标一次性下潜以完成第一剖面悬停；
9、s5、剖面浮标完成第一剖面的探测工作后，打开液压泵将内油箱的液压油排至外油囊，以使剖面浮标上浮至海面处复位；
10、s6、重复执行步骤s4-s5，剖面浮标进行多个剖面悬停及探测工作。
11、在其中一些实施例中，在步骤s4中完成第一剖面悬停后，还包括修正解算步骤，具体为，获取实际悬停深度ha，并判断ha与hm的关系；
12、若ha＝hm，则剖面浮标进行下个剖面悬停时，保持回油量δvbm不变；
13、若ha≠hm，则首先根据步骤s2中的全深度范围内海水压力、海水温度、海水盐度的测量值，解算ha处的海水密度ρ(pa,ta,sa)、海面至ha处的海水压力变化值δpa及海水温度变化值δta，其中，δpa＝|p0-pa|，δta＝|t0-ta|，pa、ta、sa分别为ha处的海水压力、海水温度、海水盐度；再根据式(2)解算外油囊体积变化修正量δv′bm；然后，剖面浮标进行下个剖面悬停时，将回油量调整为δv′bm；
14、ρ(pm,tm,sm)(v0-δv′bm)(1-αδpm)(1-βδtm)＝ρ(pa,ta,sa)(v0-δvbm)(1-αδpa)(1-βδta) (2)。
15、在其中一些实施例中，剖面浮标目标悬停深度hm不大于1000米。
16、本专利技术还提供一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，包括以下步骤：
17、d1、建立反映剖面浮标自身属性的数学模型，表示为式(3)；
18、mg＝ρ(p0,t0,s0)gv0＝ρ(p,t,s)g(v0-δvb)(1-αδp)(1-βδt) (3)；
19、式(3)中，m为剖面浮标的质量；ρ(p0,t0,s0)为海面处的海水密度，为海面处的海水压力p0、海水温度t0、海水盐度s0的函数，p0＝0；v0为剖面浮标的初始体积；ρ(p,t,s)为海水深度h处的海水密度，为h处的海水压力p、海水温度t、海水盐度s的函数；δvb为剖面浮标从海面下潜至h处时外油囊体积变化量；α为剖面浮标的可压缩系数；β为剖面浮标的热膨胀系数；δp和δt分别为海面至h处的海水压力变化值和海水温度变化值，其中，δp＝|p0-p|，δy＝|y0-y|；
20、d2、剖面浮标在海面处首次开启电磁阀以使外油囊的液压油回流至内油箱，预回油量为δvpreb，使剖面浮标下潜至预设采样深度hpre处悬停，预设采样深度hpre小于剖面浮标目标悬停深度hm；下潜至预设采样深度hpre过程中不断采集海水压力p、海水温度t、海水盐度s的实时值，并实时拟合海水密度ρ(p,t,s)与海水深度h的关系曲线，以预测hm处的海水密度ρ(pm,tm,sm)、海水压力pm、海水温度tm，并解算海面处的海水密度ρ(t0,t0,s0)、海面至hm处的海水压力变化值δpm、海面至hm处的海水温度变化值δtm，其中，δpm＝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，在步骤S4中完成第一剖面悬停后，还包括修正解算步骤，具体为，获取实际悬停深度Ha，并判断Ha与Hm的关系；
3.根据权利要求1或2所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，所述剖面浮标目标悬停深度Hm不大于1000米。
4.一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，在步骤D4中完成第一剖面悬停后和在步骤D6中完成下个剖面悬停后，均包括修正解算步骤，具体为，获取实际悬停深度，并判断Ha与Hm的关系；
6.根据权利要求4或5所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，所述预设采样深度Hpre小于1000米；所述剖面浮标目标悬停深度Hm大于1000米。
7.根据权利要求1或4所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，所述剖面浮标上设有温盐深测量仪，用于测量剖面浮标所在位置的海水温度、海
8.根据权利要求2或5所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，所述剖面浮标的内油箱中装有位移传感器，以监测外油囊体积变化量。
...【技术特征摘要】
1.一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，在步骤s4中完成第一剖面悬停后，还包括修正解算步骤，具体为，获取实际悬停深度ha，并判断ha与hm的关系；
3.根据权利要求1或2所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，所述剖面浮标目标悬停深度hm不大于1000米。
4.一种深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的深海剖面浮标水下悬停控制方法，其特征在于，在步骤d4中完成第一剖面悬停后和在步骤d6...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊海霞，赵晓，汪东平，任翀，李楠，邢世琦，杜照鹏，蔺本浩，董彦凯，王粲，王田野，徐亚宏，孙涛，
申请(专利权)人：崂山国家实验室，
类型：发明
国别省市：
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