本发明涉及ROV的航行运动控制技术领域，具体地说是一种基于重心的ROV推力分配算法。
背景技术：
随着人类对海洋开发需求的日益增加，ROV遥控潜水器作为一种可以完成观测、摄影、打捞和施工等作业的水下设备，无论在军用领域、民用领域还是科研领域，都具有非常广阔的应用前景。而推力分配方法的好坏则决定着ROV能否很好的完成航行运动控制，是ROV能顺利完成作业的关键技术之一。
推力分配方法通常是根据来自操纵杆或自动控制计算出的运动操纵激励信号、计算出各个推进器的推力设定信号，然后发送给推进器的控制电路，驱动各个推进器输出相应的推力。运动操纵激励信号有进退、侧移、转向、潜浮、横倾、纵倾等共6个。
常规的推力分配算法通常忽略掉重心的微小偏移对运动控制性能的影响，造成了在净水中仅操纵进退或者侧移时，航向也会产生较大的偏差，即ROV不会以直线行驶，可见，常规的推力分配算法不能有效抑制重心偏移引起的干扰。
因此研究一种简单实用的推力分配方法，减少重心偏移对ROV的干扰，提升运动控制、尤其是自动运动控制的性能，是目前ROV运动控制中一个重点需要解决的实际问题。
技术实现要素：
针对传统ROV推力分配方法的不足，本发明提供一种即简单又实用的推力分配方法，可有效减弱重心偏移带来的干扰，提升ROV运动控制的性能与减轻操作人员的操作强度。同时与传统推力分配方法相比，增加的运算量也可以忽略不计。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于重心的ROV推力分配方法，包括以下步骤：
采集运动操作激励信号并将其值代入初步推力分配公式，获取各个推进器的推力；
对ROV进退的重心系数、侧移的重心系数进行拟合得到共用的重心系数；
将共用的重心系数重新代入初步推力分配公式中得到各个推进器的推力，控制各推进器的推力输出。
所述初步推力分配公式为：
F1＝CxFx+CyFy+Mz
F2＝Fx-CyFy-Mz
F3＝CxFx-Fy+Mz
F4＝Fx+Fy-Mz
其中:Cx和Cy是重心系数，l1至l4分别为水平矢量布置的四台推进器在ROV旋转时的力臂，F1至F7分别为水平左前、水平右前、水平左后、水平右后、垂直左前、垂直右前、垂直后位置的推进器产生的推力，Fx、Fy、Fz分别为ROV在x方向、y方向、z方向上的推力运动操作激励信号，Mx、My、Mz分别为绕ROV x轴、y轴、z轴的力矩运动操作激励信号，l则为垂直后位置的推进器与垂直左前或垂直右前推进器在纵倾方向上的力臂比。
获取各个推进器的推力后，判断重心系数：
Cx>1，Cy>1；重心偏向左前；
Cx<1，Cy>1；重心偏向右前；
Cx>1，Cy<1；重心偏向左后；
Cx<1，Cy<1；重心偏向右后。
所述拟合通过以下公式实现：
其中，Cx和Cy是重心系数；Cx1、Cy1是进退运动走直线时的重心系数，Cx2、Cy2是侧移运动走直线时的重心系数；Fx、Fy分别为ROV在x方向、y方向上的推力运动操作激励信号。
本发明具有以下有益效果和优点：
1.本发明的推力分配方法，通过直接调整重心系数，可有效减轻重心的微小偏移对ROV运动性能的干扰，在无水流扰动的情况下，可使ROV在水平面内近似保持直线行驶。
2.本发明的推力分配方法，可和浮力配平块组合使用，经过不断调整配平块的位置与调整重心系数，最终将ROV的重心调整到设计时的重心位置上。
3.本发明的推力分配方法，允许设计时存在微小的重心偏差，减轻了ROV本体的设计难度。
4.本发明的推力分配方法，仅是在传统推力分配方法的基础上增加了两个系数(Cx、Cy)，以及拟合公式，未增加分配方法的复杂度，调试也简单易行。
附图说明
图1是ROV推进器布置图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是推力分配程序执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种基于重心的ROV推力分配方法，包含以下步骤：
步骤1：通过现场采集模块采集操纵杆的进退、侧移、转向、潜浮等运动操作激励信号，或者通过自动定深、自动定向、自动定高、自动定位等获取运动激励信号；
步骤2：将采集到的运动激励信号代入初步推力分配公式，获取各个推进器的推力控制信号，通过现场采集模块及外围驱动电路，将控制信号传递给推进器控制电路，调节各推进器的推力输出。
步骤3：分别根据ROV的进退及侧移两种运动情况，调节初步推力分配公式中的重心系数(Cx,Cy)，分别使进退及侧移尽量保持直线运动。
步骤4：对进退和侧移获取的两组重心系数进行拟合，获取进退和侧移时可共用的重心系数。
步骤5：拟合公式和初步推力分配公式共同组成ROV的推力分配公式。
所述ROV本体左右以及前后近似对称，其推力器的布置方式为:水平方向布置4台推进器，成菱形，分别安装在ROV框架的左前、右前、左后、右后位置上，与ROV的纵向轴线成45度角布置；垂直方向布置3个推进器，用于ROV的潜浮运动，其中前部两台分布在左右两侧，后部一台布置在中央。
所述ROV的初步推力分配公式为：
F1＝CxFx+CyFy+Mz
F2＝Fx-CyFy-Mz
F3＝CxFx-Fy+Mz
F4＝Fx+Fy-Mz
其中:Cx和Cy是重心系数，l1至l4分别为水平矢量布置的四台推进器在ROV旋转时的力臂，F1至F7分别为水平左前、水平右前、水平左后、水平右后、垂直左前、垂直右前、垂直后等推进器产生的推力，Fx、Fy、Fz分别为ROV x方向、y方向、z方向上的推力运动操纵激励信号，Mx、My、Mz分别为绕ROV x轴、y轴、z轴的力矩运动操纵激励信号，l则为垂直后和垂直左前(右前)在纵倾方向上的力臂比。
所述ROV重心系数Cx、Cy约为1，初始调试时重心系数调整规则如下：
当重心偏向左前时，Cx>1，Cy>1；
当重心偏向右前时，Cx<1，Cy>1；
当重心偏向左后时，Cx>1，Cy<1；
当重心偏向右后时，Cx<1，Cy<1；
所述进退与侧移两组重心系数的拟合公式为：
其中，Cx1、Cy1是进退运动走直线时的重心系数，Cx2、Cy2是侧移运动走直线时的重心系数。
本发明ROV的推进器布置情况如图1所示，推进器的布置方式如下:水平方向布置4台推进器，成菱形，分别安装在ROV框架的左前、右前、左后、右后位置上，与ROV的纵向轴线成45度角布置，负责ROV进退、侧移以及转向3个自由度的运动；垂直方向布置3个推进器，其中前部两台分布在左右两侧，后部一台布置在中央，负责ROV潜浮、纵倾以及横倾3个自由度的运动。
本发明方法的流程图如图2所示：
首先根据ROV推进器的布置情况，建立ROV的推力及力矩方程，对其求解并简化，然后将其中与重心偏移有关的参数抽象成两个系数，得初步推力分配方程如下：
F1＝CxFx+CyFy+Mz
F2＝Fx-CyFy-Mz
F3＝CxFx-Fy+Mz
F4＝Fx+Fy-Mz
其中:Cx和Cy是重心系数，计算公式为：l1至l4分别为水平矢量布置的四台推进器在ROV旋转时的力臂，F1至F7分别为水平左前、水平右前、水平左后、水平右后、垂直左前、垂直右前、垂直后等推进器产生的推力，Fx、Fy、Fz分别为ROV x方向、y方向、z方向上的推力运动操纵信号，Mx、My、Mz分别为绕ROV x轴、y轴、z轴的力矩运动操纵信号，l则为垂直后和垂直左前(右前)在纵倾方向上的力臂比。
利用得到的重心系数计算公式，可对ROV重心的偏移方向进行判断，对应关系如下：
当重心偏向左前时，Cx>1，Cy>1；
当重心偏向右前时，Cx<1，Cy>1；
当重心偏向左后时，Cx>1，Cy<1；
当重心偏向右后时，Cx<1，Cy<1；
将初步推力分配方程进行代码编程，嵌入ROV控制程序，并进行水池推力分配调试。由于重心系数只影响ROV的进退和侧移两种运动控制，因此只需获取在这两种运动近似为直线情况下的重心系数实际值，并对这两组系数进行拟合，获取最终的重心系数。拟合公式如下：
其中，Cx1、Cy1是进退运动走直线时的重心系数，Cx2、Cy2是侧移运动走直线时的重心系数。
拟合公式和初步推力分配方程一起组成最终的推力分配方程。
本发明方法的推力分配程序执行流程图如图3所示，程序首先获取来自操作杆的或者自动运动控制输出的运动激励信号，然后根据进退和侧移的运动激励信号进行重心系数的拟合，接着将拟合后的重心系统，代入初步推力分配方程，获取各个推进器的推力控制量，最后再将得到的控制量分别传递给各个推进器的控制机构，实现ROV的运动控制。
以上所述ROV仅为本发明的最佳实施对象而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。