本發(fā)明屬于水下裝備的深度控制，更具體地，涉及一種基于注排水的水下潛器深度控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人工智能、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)仿真等技術(shù)的不斷發(fā)展，水下潛器技術(shù)也取得了重大進(jìn)步。很多人員不易接近的水下復(fù)雜環(huán)境，水下潛器的作用日益顯著，水下潛器已發(fā)展為完成水下作業(yè)任務(wù)的重要工具。水下潛器作為一種強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，其控制方法的研究需重點(diǎn)考慮控制品質(zhì)。

2、水下潛器在開(kāi)展作業(yè)任務(wù)時(shí)存在大量深度控制的需求，由于海洋環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)配置有深度調(diào)節(jié)水艙的水下潛器而言，通過(guò)注排水的控制來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整潛器在垂向的剩余靜載是一種非常有效的方式，可以節(jié)約有限的電能，但需操縱人員根據(jù)深度偏差和密度變化等信息自主判別注排水的總量以及注排水的時(shí)機(jī)，這對(duì)操縱人員提出了很高要求，而先前設(shè)計(jì)了基于注排水的水下潛器自動(dòng)懸?？刂扑惴?，解決了基于注排水的深度自動(dòng)控制基本問(wèn)題，但存在控制參數(shù)較多，未考慮剩余靜載影響導(dǎo)致控制精度不高，未引入積分控制使得存在穩(wěn)態(tài)誤差等有待完善的內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)水下潛器注排水控制深度的常用控制方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需調(diào)節(jié)的控制參數(shù)較多、控制精度有待進(jìn)一步改善且存在穩(wěn)態(tài)誤差的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于注排水的水下潛器深度控制方法，采用改進(jìn)亞s型函數(shù)代替經(jīng)典sigmoid函數(shù)改善控制響應(yīng)，考慮了剩余靜載受海水密度變化和艇體變形等自適應(yīng)調(diào)節(jié)情形，通過(guò)控制泵閥的開(kāi)啟與關(guān)閉以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)注排水的水量，實(shí)現(xiàn)精確的深度控制，從而適合于工程應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于注排水的水下潛器深度控制方法，包括：構(gòu)建式(1)所示的運(yùn)動(dòng)控制方法以實(shí)現(xiàn)垂向的精確控制，u為控制器的輸出信息，表示垂向自由度所需的力，經(jīng)過(guò)了歸一化處理；tanh()為正切函數(shù)，為改進(jìn)亞s型函數(shù)，b為積分控制項(xiàng)，f為垂向自由度所需的力；fmax為垂向自由度所能提供的最大力，為包含力和力矩的估計(jì)靜態(tài)載荷，體現(xiàn)了單次任務(wù)狀態(tài)變化的自適應(yīng)。

3、

4、在一些可選的實(shí)施方案中，在式(1)中，定義a如式(2)所示，exp()為指數(shù)函數(shù)，e與為深度控制器的輸入信息，分別表示深度偏差和深度偏差變化率(即垂向速率)，經(jīng)過(guò)了歸一化處理；k1和k2分別為偏差e與偏差變化率的控制參數(shù)，

5、

6、在一些可選的實(shí)施方案中，在式(1)中，定義b如式(3)所示，為智能積分項(xiàng)，即當(dāng)e(t)小于設(shè)定閾值時(shí)引入積分項(xiàng)，當(dāng)e(t)大于設(shè)定閾值時(shí)，取消積分項(xiàng)，此方法可有效解決積分飽和問(wèn)題，在消除穩(wěn)態(tài)誤差的同時(shí)可減少超調(diào)量；ki表示積分調(diào)節(jié)參數(shù)。

7、

8、在一些可選的實(shí)施方案中，在式(1)中，定義如式(4)所示，z為深度。r為潛器剩余靜態(tài)載荷。

9、

10、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

11、1、采用改進(jìn)亞s型函數(shù)代替經(jīng)典sigmoid函數(shù)，提高了控制響應(yīng)；2、通過(guò)控制項(xiàng)考慮剩余靜載受密度變化和艇體變形等自適應(yīng)調(diào)節(jié)情況，無(wú)需人工干預(yù)；3、通過(guò)控制泵閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，調(diào)節(jié)注排水的水量，可實(shí)現(xiàn)高精度的深度控制；4、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于注排水的水下潛器深度自動(dòng)控制，深度控制精度可達(dá)±0.5m以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了高精度的深度控制，可滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于注排水的水下潛器深度控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中，exp()為指數(shù)函數(shù)，e與為深度控制器的輸入信息，分別表示深度偏差和深度偏差變化率；k1和k2分別為偏差e與偏差變化率的控制參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其中，為智能積分項(xiàng)，即當(dāng)e(t)小于設(shè)定閾值時(shí)引入積分項(xiàng)，當(dāng)e(t)大于設(shè)定閾值時(shí)，取消積分項(xiàng)；ki表示積分調(diào)節(jié)參數(shù)，t1表示時(shí)間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，其中，z為深度，r為潛器剩余靜態(tài)載荷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于注排水的水下潛器深度控制方法，屬于水下裝備的深度控制技術(shù)領(lǐng)域，構(gòu)建由所示的運(yùn)動(dòng)控制方法以實(shí)現(xiàn)垂向的精確控制，兼顧了海水密度變化和艇體變形的影響，剩余靜載可根據(jù)作業(yè)任務(wù)變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，可根據(jù)水下潛器的傳感器信息，實(shí)時(shí)解算，生成注排水控制指令，實(shí)現(xiàn)潛器的自動(dòng)深度控制。

技術(shù)研發(fā)人員：王建國(guó),周軼美,王楷,李環(huán),胡剛義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6