一种多推进器结合的水下目标低速抵近与悬停潜航体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下航行技术领域;具体是一种多推进器结合的水下目标低速抵近与悬停潜航体。
【背景技术】
[0002]远程AUV是一种无缆水下机器人，广泛应用于海洋勘探、海洋水文探测、水下工程、水下目标处理等领域。常规的探测型AUV通常只配置了一套水平推进器、一套水平舵机、一套垂直舵机，这就决定了它在水中只能进行运动探测，不能在海洋中某固定处进行悬停控制或对可疑目标进行抵近对准观察。随着远程AUV在军事上的需求越来越多，对远程AUV的运动控制提出了更高的要求。为了拓展远程AUV的作业功能和使用领域，在AUV高速航行时，应当采用尾部水平推进器和舵机控制潜航体运动。当要求潜航体到达某固定目标点进行低速抵近观察或处理目标时，如果只靠尾部主推进器显然是不可能完成任务的。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供了一种多推进器结合的水下目标低速抵近与悬停潜航体，用于解决远程AUV在可疑水下目标周围进行近距离对准观察或处理目标时精确悬停控制的难题。
[0004]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:一种多推进器结合的水下目标低速抵近与悬停潜航体，还包括:水平推进器、垂向推进器和两个侧向推进器。
[0005]所述水平推进器固定连接在潜航体的正尾部，其轴线与潜航体的轴线重合。
[0006]在潜航体的浮心位置处开设一个垂直槽道，垂向推进器固定连接在垂直槽道的内壁上。
[0007]在潜航体航体艏段和艉段分别开设一个水平贯穿潜航体的水平槽道，一个侧向推进器固定连接在艏段水平槽道的内壁上为前侧向推进器，另一个侧向推进器固定连接在艉段水平槽道的内壁上为后侧向推进器，两个侧向推进器的螺旋桨朝向相反。
[0008]进一步地，潜航体包括:壳体、惯性导航设备INS、自动驾驶仪、电源控制单元、垂直舵机、水平舵机、电源控制单元、深度计、多普勒计程仪DVL和无线电台。
[0009]壳体为流线型壳体。
[0010]INS接收来自DVL的测量数据，并将其与INS内部传感器检测的信息组合计算，得到潜航体的方位信息和姿态信息并向自动驾驶仪输出；
[0011 ]自动驾驶仪接收INS传来的方位信息和姿态信息、以及深度计传来的深度信息，由潜航体内置控制算法运算后，输出针对水平推进器、水平舵机、垂直舵机、侧向推进器、垂向推进器的控制指令，控制水平推进器、水平舵机、垂直舵机高速航行到目标点周围，然后低速抵近目标:控制侧向推进器、垂向推进器、水平推进器以及水平舵机，在目标周围进行悬停；
[0012]在低速抵近目标时:控制水平推进器以控制潜航体的前后移动速度;控制侧向推进器和垂向推进器以控制潜航体的航向或进行指向性的旋转运动;控制垂向推进器和水平舵机共同控制潜航体的深度。
[0013]电源控制单元为整个潜航器提供电能供应。
[0014]垂直舵机安装在潜航体艉段后部去流段，垂直舵机的两块垂直舵面在壳体上下两边对称安装，垂直舵机的驱动电机和控制器安装在壳体内部，垂直舵机的控制器接收控制指令，控制垂直舵机的驱动电机转动，驱动垂直舵面运行到指定角度。
[0015]所述水平舵机安装在潜航体艉段后部去流段，水平舵机的两块水平舵面在壳体左右两边对称安装，水平舵机的驱动电机和控制器安装在壳体内部;水平舵机的控制器接收控制指令，控制水平舵机的驱动电机转动，驱动水平舵面运行到指定角度。
[0016]所述深度计用来测量潜航体当前的深度信息。
[0017]所述DVL用来测量潜航体前进的速度和离水底的高度，并将测量数据发给INS。
[0018]无线电台安装在潜航体内部，用来接收外部的操控任务信息。
[0019]进一步地，控制算法包括如下7个算法:
[0020]算法一、潜航体高速航行时的深度控制算法:
[0021 ] h_rud_set_angIe = di X (depth_depth0)-d2 Xpitching_angle XE;
[0022]depth是潜航体当前深度，通过深度计获取；depthO是潜航体预先设定的目标深度;CU是水平舵机中预设的深度控制系数;d2是水平舵机中预设的俯仰角控制系数;E为角度转换系数;pitching_angle为由惯导获取的潜航体的俯仰角;h_rud_set_angle为计算出的水平舵机的控制角度；
[0023]算法二、潜航体高速航行时航向控制算法如下:
[0024]vct_rud_set_angle = course_para3X[H X(course-courseO)_G Xcourse_speed]
[0025]course是潜航体当前航向，由INS获得；courseO是预设的潜航体的目标航向；course_para3是水平舵机中预设的航向控制系数;H为水平舵机中预设的预设的与航向有关的航向控制参数;G为水平舵机中预设的与航向角速度有关的航向控制参数；course_speed为航向角速度，由INS获得;vct_rud_set_angle为计算出的垂直舵机的控制角度；
[0026]算法三、潜航体低速航行的速度控制算法为:
[0027]mmotor_speed = speed_paraX [Al X (speed-speedO)-Βι X (speed1-speedO)-Ci X(speed2_speed0)]
[0028]speed是潜航体当前速度，由DVL获得;speedO是潜航体预先设定的速度;speedl是潜航体上一时刻的速度;speed2是潜航体上上时刻的速度；speed_para是预设的速度控制的比例系数;mmotorjpeed是计算出的水平推进器的控制速度，AhBjPC1*别为预设的水平推进器的控制参数；
[0029]算法四、潜航体低速航行时航向控制算法如下:
[0030]f cmotor_speed = course_para X [A2 X (course_course0)-B2X (coursel-course0)-C2 X (course2-course0) ]/[l+fabs(mmotor_speed)/Di]；
[0031 ] bcmotor_speed = _course_para X [A3 X (course-courseO )-B3 X (course 1-course0)-C3 X (course2_course0) ]/[l+fabs(mmotor_speed)/D2]；
[OO32]courseO是预设的潜航体目标航向；course是潜航体当前航向；coursel是潜航体上一时刻的航向；course2是潜航体上上时刻的航向；course_para是预设的航向控制的比例系数;臟社证_叩的(1是水平推进器的控制速度;如、82和(:2分别为预设的前侧向推进器的控制参数;Di为预设的前侧向推进器作用因子;fcmotor_speed为计算出的前侧向推进器的控制速度;A3、B3和C3分别为预设的后侧向推进器的控制参数;D2为预设的后侧向推进器作用因子;bcmotor_speed为计算出的后侧向推进器的控制速度;fabs为取绝对值函数；
[0033]算法五、潜航体低速航行时深度控制算法如下:
[0034]vmotor_speed = depth_para X [A4X (depth-depthO )-B4 X (depth 1-depthO )-C4 X(depth2~depth0)]/[l+fabs(speed)/F]；
[0035]h_rud_set_angle2 = depth_paral X (depth-depthO)-depth_para2 X pitching—angleXJr/180；
[0036]depthO是预设的潜航体目标深度;depth是潜航体当前深度;depthl是潜航体上一时刻的深度;depth2是潜航体上上时刻的深度;depth_para是预设的潜航体深度控制的比例系数;speed是潜航体当前速度;fabs为取绝对值函数，F为预设的速度影响因子;A4、B4和C4分别为预设的垂直推进器的控制参数;depth_paral是预设的舵机深度控制系数;depth_para2是预设的舵机俯仰角控制系数;pitching_angle为由惯导获取的潜航体的俯仰角；vmotor_speed为计算出的垂向推进器的控制速度，h_rud_set_angle2为此时计算出的水平舵机的控制角度；
[0037]算法六、潜航体悬停对准时的距离控制的算法如下:
[0038]mmotor_speed2 = dis_para X [As X (distance_distance0)-B5 X (distance 1_distance0)-C5 X(distance2_distanceO)]/[l+fabs(speed/Fi)]；
[0039]di stanceO是潜航体离目