一種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水下航行器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下航行器懸浮定深控制系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，水下航行器懸浮定深控制有三種方式:一是通過增加或減少所施加的外力； 二是改變航行器的體積而不改變質(zhì)量;三是改變航行器的質(zhì)量而不改變體積。
[0003] 在實際應(yīng)用中，較多采用第一種方式實現(xiàn)航行器的定深控制，通過電機正反轉(zhuǎn)帶 動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，實現(xiàn)水下航行器懸浮定深控制。然而，此種方式需消耗較多能源， 不利于水下航行器在水下長時間工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)，采用雙環(huán)控制可以 實現(xiàn)航行器的深度控制目的，進而實現(xiàn)在消耗較低能源的基礎(chǔ)上滿足航行器作業(yè)需求。
[0005] -種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)，包括依次相連的第一減法器、深度控制器、第 二減法器和速度控制器;所述水下航行器的輸出端連有深度傳感器;深度傳感器的輸出端 分別與第一減法器的輸入端和速度計算模塊的輸入端連接;速度計算模塊的輸出端連接第 二減法器的輸入端；
[0006] 所述深度傳感器，用于檢測航行器的當(dāng)前深度h;并發(fā)送至第一減法器的輸入端；
[0007] 所述第一減法器，用于將設(shè)定的目標(biāo)深度Η與深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前 深度h做差值運算，獲得深度差值A(chǔ) h;并將獲得的深度差值△ h發(fā)送至深度控制器；
[0008] 所述深度控制器，采用比例控制算法，對獲得的深度差值A(chǔ)h進行轉(zhuǎn)換，得到航行 器的目標(biāo)垂向速度V;并發(fā)送至第二減法器的輸入端；
[0009] 第二減法器，用于在接收到目標(biāo)垂向速度V和當(dāng)前水下航行器垂向速度v后，進行 差值運算，獲得速度差值A(chǔ) v;并將獲得的速度差值△ v發(fā)送到速度計算模塊；
[0010] 所述速度計算模塊，用于根據(jù)深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前深度h進行計算， 相應(yīng)的獲得當(dāng)前水下航行器垂向速度V;
[0011]所述速度控制器，采用比例微分算法，對獲得的速度差值Αν進行轉(zhuǎn)換，獲得航行 器的注水量或排水量，以實現(xiàn)對航行器的垂向速度進行控制，進而實現(xiàn)對航行器的定深控 制。
[0012] 有益效果：
[0013] 本發(fā)明通過對航行器進行深度和速度的雙環(huán)控制，分別對航行器的深度和垂向速 度采用雙環(huán)控制。速度控制環(huán)是對航行器的垂向速度進行控制，防止航行器的垂向速度過 大使航行器深度控制失控，深度控制環(huán)是實現(xiàn)對航行器的深度控制。采用雙環(huán)控制可以實 現(xiàn)航行器的深度控制目的，同時也實現(xiàn)了在消耗較少能源的基礎(chǔ)上滿足航行器作業(yè)需求。
【附圖說明】
[0014] 圖1為水下航行器懸浮定深控制原理圖。
[0015] 圖2為水下航行器定深控制曲線。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0017] 本發(fā)明提供了一種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)，如圖1所示:包括依次相連的第 一減法器、深度控制器、第二減法器、速度控制器和航行器;航行器模型的輸出端連有深度 傳感器;深度傳感器的輸出端分別與第一減法器的輸入端和速度計算模塊的輸入端連接； 速度計算模塊的輸出端連接第二減法器的輸入端；
[0018] 所述深度傳感器，用于檢測航行器的當(dāng)前深度h;并發(fā)送至第一減法器的輸入端；
[0019] 所述第一減法器，用于將設(shè)定的目標(biāo)深度Η與深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前 深度h做差值運算，獲得深度差值A(chǔ) h;并將獲得的深度差值△ h發(fā)送至深度控制器；
[0020] 所述深度控制器，采用比例控制算法，對獲得的深度差值A(chǔ)h進行轉(zhuǎn)換，得到航行 器的目標(biāo)垂向速度V;實現(xiàn)對航行器的深度控制;并發(fā)送至第二減法器的輸入端;其中，深度 控制律轉(zhuǎn)換成目標(biāo)垂向速度V的方法為：
[0021]
(1)
[0022] 其中，V代表水下航行器的目標(biāo)垂向速度;lu代表比例控制系數(shù);以代表當(dāng)前時刻；
[0023] 第二減法器，用于在接收到由深度控制器發(fā)送的目標(biāo)垂向速度V和由速度計算模 塊獲得的當(dāng)前水下航行器垂向速度v后，進行差值運算，獲得速度差值Αν;并將獲得的速度 差值Α ν發(fā)送到速度計算模塊；
[0024] 所述速度計算模塊，用于根據(jù)深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前深度h進行計算， 相應(yīng)的獲得當(dāng)前水下航行器垂向速度ν;其具體獲得方法根據(jù)公式(2):
[0025]
(2)
[0026] ν代表當(dāng)前水下航行器垂向速度;h(t2)代表t2時刻水下航行器的深度;h(t2_l)代 表(t2_l)時刻水下航行器的深度;〖2代表當(dāng)前時刻；
[0027] 所述速度控制器，采用比例微分算法，對獲得的速度差值Δν進行轉(zhuǎn)換，獲得航行 器的注水量或排水量，以實現(xiàn)對航行器的垂向速度進行控制，防止航行器的垂向速度過大 使航行器深度控制失控。并相應(yīng)的作用于航行器上。其具體獲得方法根據(jù)公式(3):
[0028]
(3)
[0029] Q代表注水量或排水量;V代表水下航行器的目標(biāo)垂向速度;ν代表當(dāng)前水下航行器 垂向速度;k2代表比例控制系數(shù);k 3代表微分控制系數(shù);t3代表當(dāng)前時刻；
[0030] 如圖2所示，為控制后的水下航行器定深控制曲線。
[0031] 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的第一減法器、深度 控制器、第二減法器和速度控制器;所述水下航行器的輸出端連有深度傳感器;深度傳感器 的輸出端分別與第一減法器的輸入端和速度計算模塊的輸入端連接;速度計算模塊的輸出 端連接第二減法器的輸入端； 所述深度傳感器，用于檢測航行器的當(dāng)前深度h;并發(fā)送至第一減法器的輸入端； 所述第一減法器，用于將設(shè)定的目標(biāo)深度Η與深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前深度h 做差值運算，獲得深度差值△ h;并將獲得的深度差值△ h發(fā)送至深度控制器； 所述深度控制器，采用比例控制算法，對獲得的深度差值A(chǔ)h進行轉(zhuǎn)換，得到航行器的 目標(biāo)垂向速度V;并發(fā)送至第二減法器的輸入端； 第二減法器，用于在接收到目標(biāo)垂向速度V和當(dāng)前水下航行器垂向速度v后，進行差值 運算，獲得速度差值A(chǔ) v;并將獲得的速度差值△ v發(fā)送到速度計算模塊； 所述速度計算模塊，用于根據(jù)深度傳感器檢測到的航行器的當(dāng)前深度h進行計算，相應(yīng) 的獲得當(dāng)前水下航行器垂向速度V; 所述速度控制器，采用比例微分算法，對獲得的速度差值Αν進行轉(zhuǎn)換，獲得航行器的 注水量或排水量，以實現(xiàn)對航行器的垂向速度進行控制，進而實現(xiàn)對航行器的定深控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下航行器懸浮定深控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過對航行器進行深度和速度的雙環(huán)控制，分別對航行器的深度和垂向速度采用雙環(huán)控制。速度控制環(huán)是對航行器的垂向速度進行控制，防止航行器的垂向速度過大使航行器深度控制失控，深度控制環(huán)是實現(xiàn)對航行器的深度控制。采用雙環(huán)控制可以實現(xiàn)航行器的深度控制目的，同時也實現(xiàn)了在消耗較少能源的基礎(chǔ)上滿足航行器作業(yè)需求。
【IPC分類】G05B11/42
【公開號】CN105607471
【申請?zhí)枴緾N201610053009
【發(fā)明人】盧海洋, 胡慶玉, 周俊, 武雷, 石生龍, 石小紅
【申請人】中國船舶重工集團公司第七一〇研究所
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月27日