一种水下航行器悬浮定深控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水下航行器控制技术领域，具体涉及一种水下航行器悬浮定深控制系 统。
【背景技术】
[0002] 目前，水下航行器悬浮定深控制有三种方式:一是通过增加或减少所施加的外力； 二是改变航行器的体积而不改变质量;三是改变航行器的质量而不改变体积。
[0003] 在实际应用中，较多采用第一种方式实现航行器的定深控制，通过电机正反转带 动螺旋桨旋转产生推力，实现水下航行器悬浮定深控制。然而，此种方式需消耗较多能源， 不利于水下航行器在水下长时间工作。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种水下航行器悬浮定深控制系统，采用双环控制可以 实现航行器的深度控制目的，进而实现在消耗较低能源的基础上满足航行器作业需求。
[0005] -种水下航行器悬浮定深控制系统，包括依次相连的第一减法器、深度控制器、第 二减法器和速度控制器;所述水下航行器的输出端连有深度传感器;深度传感器的输出端 分别与第一减法器的输入端和速度计算模块的输入端连接;速度计算模块的输出端连接第 二减法器的输入端；
[0006] 所述深度传感器，用于检测航行器的当前深度h;并发送至第一减法器的输入端；
[0007] 所述第一减法器，用于将设定的目标深度Η与深度传感器检测到的航行器的当前 深度h做差值运算，获得深度差值A h;并将获得的深度差值△ h发送至深度控制器；
[0008] 所述深度控制器，采用比例控制算法，对获得的深度差值Ah进行转换，得到航行 器的目标垂向速度V;并发送至第二减法器的输入端；
[0009] 第二减法器，用于在接收到目标垂向速度V和当前水下航行器垂向速度v后，进行 差值运算，获得速度差值A v;并将获得的速度差值△ v发送到速度计算模块；
[0010] 所述速度计算模块，用于根据深度传感器检测到的航行器的当前深度h进行计算， 相应的获得当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，对获得的速度差值Αν进行转换，获得航行 器的注水量或排水量，以实现对航行器的垂向速度进行控制，进而实现对航行器的定深控 制。
[0012] 有益效果：
[0013] 本发明通过对航行器进行深度和速度的双环控制，分别对航行器的深度和垂向速 度采用双环控制。速度控制环是对航行器的垂向速度进行控制，防止航行器的垂向速度过 大使航行器深度控制失控，深度控制环是实现对航行器的深度控制。采用双环控制可以实 现航行器的深度控制目的，同时也实现了在消耗较少能源的基础上满足航行器作业需求。
【附图说明】
[0014] 图1为水下航行器悬浮定深控制原理图。
[0015] 图2为水下航行器定深控制曲线。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0017] 本发明提供了一种水下航行器悬浮定深控制系统，如图1所示:包括依次相连的第 一减法器、深度控制器、第二减法器、速度控制器和航行器;航行器模型的输出端连有深度 传感器;深度传感器的输出端分别与第一减法器的输入端和速度计算模块的输入端连接； 速度计算模块的输出端连接第二减法器的输入端；
[0018] 所述深度传感器，用于检测航行器的当前深度h;并发送至第一减法器的输入端；
[0019] 所述第一减法器，用于将设定的目标深度Η与深度传感器检测到的航行器的当前 深度h做差值运算，获得深度差值A h;并将获得的深度差值△ h发送至深度控制器；
[0020] 所述深度控制器，采用比例控制算法，对获得的深度差值Ah进行转换，得到航行 器的目标垂向速度V;实现对航行器的深度控制;并发送至第二减法器的输入端;其中，深度 控制律转换成目标垂向速度V的方法为：
[0021]
(1)
[0022] 其中，V代表水下航行器的目标垂向速度;lu代表比例控制系数;以代表当前时刻；
[0023] 第二减法器，用于在接收到由深度控制器发送的目标垂向速度V和由速度计算模 块获得的当前水下航行器垂向速度v后，进行差值运算，获得速度差值Αν;并将获得的速度 差值Α ν发送到速度计算模块；
[0024] 所述速度计算模块，用于根据深度传感器检测到的航行器的当前深度h进行计算， 相应的获得当前水下航行器垂向速度ν;其具体获得方法根据公式(2):
[0025]
(2)
[0026] ν代表当前水下航行器垂向速度;h(t2)代表t2时刻水下航行器的深度;h(t2_l)代 表(t2_l)时刻水下航行器的深度;〖2代表当前时刻；
[0027] 所述速度控制器，采用比例微分算法，对获得的速度差值Δν进行转换，获得航行 器的注水量或排水量，以实现对航行器的垂向速度进行控制，防止航行器的垂向速度过大 使航行器深度控制失控。并相应的作用于航行器上。其具体获得方法根据公式(3):
[0028]
(3)
[0029] Q代表注水量或排水量;V代表水下航行器的目标垂向速度;ν代表当前水下航行器 垂向速度;k2代表比例控制系数;k 3代表微分控制系数;t3代表当前时刻；
[0030] 如图2所示，为控制后的水下航行器定深控制曲线。
[0031] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种水下航行器悬浮定深控制系统，其特征在于，包括依次相连的第一减法器、深度 控制器、第二减法器和速度控制器;所述水下航行器的输出端连有深度传感器;深度传感器 的输出端分别与第一减法器的输入端和速度计算模块的输入端连接;速度计算模块的输出 端连接第二减法器的输入端； 所述深度传感器，用于检测航行器的当前深度h;并发送至第一减法器的输入端； 所述第一减法器，用于将设定的目标深度Η与深度传感器检测到的航行器的当前深度h 做差值运算，获得深度差值△ h;并将获得的深度差值△ h发送至深度控制器； 所述深度控制器，采用比例控制算法，对获得的深度差值Ah进行转换，得到航行器的 目标垂向速度V;并发送至第二减法器的输入端； 第二减法器，用于在接收到目标垂向速度V和当前水下航行器垂向速度v后，进行差值 运算，获得速度差值A v;并将获得的速度差值△ v发送到速度计算模块； 所述速度计算模块，用于根据深度传感器检测到的航行器的当前深度h进行计算，相应 的获得当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，对获得的速度差值Αν进行转换，获得航行器的 注水量或排水量，以实现对航行器的垂向速度进行控制，进而实现对航行器的定深控制。
【专利摘要】本发明公开了一种水下航行器悬浮定深控制系统。本发明通过对航行器进行深度和速度的双环控制，分别对航行器的深度和垂向速度采用双环控制。速度控制环是对航行器的垂向速度进行控制，防止航行器的垂向速度过大使航行器深度控制失控，深度控制环是实现对航行器的深度控制。采用双环控制可以实现航行器的深度控制目的，同时也实现了在消耗较少能源的基础上满足航行器作业需求。
【IPC分类】G05B11/42
【公开号】CN105607471
【申请号】CN201610053009
【发明人】卢海洋, 胡庆玉, 周俊, 武雷, 石生龙, 石小红
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一〇研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月27日