申请/专利权人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心

申请日：2024-01-31

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN117657402B

主分类号：B63G8/14

分类号：B63G8/14;B63G8/20;B63G8/00;B63C11/52

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2024.03.26#实质审查的生效;2024.03.08#公开

摘要：本发明公开一种水下巡航器以及控制方法，属于水下舰艇领域，包括巡航器本体、可折叠展开机构、姿态推进器组、动力推进器、整流罩以及控制模块，整流罩套设在巡航器本体外部，可折叠展开机构和控制模块设置在整流罩内部，可折叠展开机构包括四个舵机、舵机套、舵盘和连接臂，每个连接臂上设置有一个姿态推进器，连接臂能够带动姿态推进器伸出整流罩外，动力推进器设置在巡航器尾部。本发明通过改变舵机角度控制连接臂实现展开折叠变换，并与连接臂上的姿态推进器相配合，实现多种工作模式的组合与切换，同时采用的控制方法可减少因推进器故障带来的影响，保证工作的正常进行，提高了对海洋的观测范围与观测维度。

主权项：1.一种水下巡航器的控制方法，其特征在于，采用一种水下巡航器，包括巡航器本体、可折叠展开机构、姿态推进器组、动力推进器、整流罩以及控制模块，所述整流罩套设在巡航器本体外部，所述姿态推进器组包括四个姿态推进器，所述可折叠展开机构和控制模块设置在整流罩内部，所述可折叠展开机构包括四个舵机、舵机套、舵盘和连接臂，舵机通过舵机套与巡航器本体相连接，连接臂通过舵盘与舵机相连接，每个连接臂上设置有一个姿态推进器，所述连接臂能够带动姿态推进器伸出整流罩外，所述动力推进器设置在巡航器本体尾部；该控制方法包括以下步骤：S1、对故障信号进行建模：Ui＝ui1-ρi；其中，ui为第i个姿态推进器的期望控制输入，i＝1、2、3、4；Ui为第i个姿态推进器的实际控制输入；ρi为第i个姿态推进器的有效因子，ρj∈[0,1]；当ρi＝0，表示第i个姿态推进器状态正常，当ρi＝1，表示第i个姿态推进器发生故障；S2、设计水下巡航器的六自由度运动模型； 其中，为巡航器在x轴方向的加速度；为巡航器在y轴方向的加速度；为巡航器在z轴方向的加速度；为巡航器绕x轴旋转的角加速度；为巡航器绕y轴旋转的角加速度；为巡航器绕z轴旋转的角加速度；m为巡航器总质量；ψ为偏航角度；θ为俯仰角度；φ为横滚角度；K为巡航器在水下运动时的海水摩擦阻力系数；为巡航器在x轴方向的速度；为巡航器在y轴方向的速度；g为当地重力加速度；为巡航器在z轴方向的速度；Ixx、Iyy、Izz分别表示巡航器绕x轴、y轴、z轴的转动惯量；F1为总输入；F2为横滚输入；F3为俯仰输入；F4为偏航输入；p、q、r分别代表巡航器在x轴、y轴、z轴上的角速度；Jr为单个姿态推进器的转动惯量；Ω为姿态推进器带来的转速扰动，ωi代表第i姿态推进器的转速；l为推进器中心与巡航器中心的距离；d1为巡航器升沉带来的水流扰动；dj为第j个姿态对应的水流扰动，j＝1、2、3、4；S3、设计水下巡航器的传递函数矩阵；S4、求解传递函数；S5、将PID控制器与传递函数结合，进行水下巡航器的实际控制；S3中，根据水下巡航器的六自由度运动模型构建状态方程为： 其中，A为巡航器的系数矩阵；X为状态矢量,B为输入矩阵；U＝u1,u2,u3,u4T为输入数据，为输出量，C为输出矩阵，D为传递矩阵；将状态方程进行拉普拉斯变换，构建水下巡航器的传递函数矩阵Gs： 其中，Ys为Y的拉普拉斯变换形式，Us为U的拉普拉斯变换形式，s为拉普拉斯变换中的复变量，I为单位矩阵，S表示拉普拉斯变换。

全文数据：

权利要求：

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