一种考虑对接倾角的尾部推进水下航行器俯仰对接控制方法与流程

本发明涉及水下航行器控制技术领域，具体为一种俯仰对接控制方法，适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器的俯仰对接控制。

背景技术：

随着信息技术的不断发展，无人低速水下航行器(uuv)作为探索海洋空间的有力工具之一，在军事和科学研究方面起着越来越重要的作用。未来的uuv需要更长的水下工作时间、更隐蔽的情报收集能力以及更强大的通信能力，而这些目标的实现主要受到自身携带的能源和水下通信的限制，因此，水下对接装置作为补给支持及信息交换系统就显得十分重要。

目前，国内外涌现了多种对接系统，根据对接协作目标的结构要求可以分为全方位对接装置和单一方向对接装置。全方位对接装置结构复杂，而单一方向对接装置设计简单，易于实现。

单一方向对接装置常采用圆锥形结构，通过缆绳锚系于海底，其对接口设计简单，有明确的朝向和倾角，但对接口一般尺寸较小。单一方向对接装置所配套使用的uuv需要尺寸较小，而使用多组推进器会直接增大uuv直径，不利于小口径对接装置的对接，因此uuv只能采用单一尾部推进，这样就对uuv的控制系统提出了较高的要求，uuv的稳定控制和对接控制均需要良好的控制算法。

技术实现要素：

在实际对接控制中，uuv距离对接口较近时，因对接口有一定的倾角(对接口朝下)，必须考虑对接口倾角的影响，使uuv头部迎合对接口，才能使uuv有较好态势进入对接装置，从而提高对接成功率，因此，需要设计相应的俯仰控制算法，使uuv头部准确迎合对接口

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种考虑对接倾角的尾部推进水下航行器俯仰对接控制方法，其原理是，当uuv距离对接装置较近且已知对接装置倾角后，采用如图1所示控制形式，以对接装置深度为基准，先向下机动一定深度，之后再定深直航接近对接口；当通过声导引信号判断已穿过对接装置中轴线时，执行正俯仰角定角控制，使uuv抬头穿越中轴线，同样当通过声导引信号判断穿越中轴线后执行负俯仰角定角控制，直至再次穿越中轴线，此时，uuv即能够确认对接装置中轴线，确认中轴线后沿中轴线执行定角控制。

本发明的技术方案为：

所述一种考虑对接倾角的尾部推进水下航行器俯仰对接控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：水下航行器获取自身与对接装置距离，当距离达到设定阈值后；水下航行器根据已知的对接装置深度y和对接装置倾角θ，按照以下变深控制指令进行变深控制：

yh＝y+l*tan(θ)

其中yh为目标深度，l为水下航行器与对接装置的水平距离；

步骤2：当水下航行器到达目标深度后，按照对接装置的声信号导引，控制水下航行器向对接装置方向进行定深直航；

步骤3：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，判断穿过对接装置中轴线时，执行以下俯仰角控制指令：

θh＝|θ|+δθ

其中θh为俯仰角指令，δθ为设定的大于0的俯仰角增量；

步骤4：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，再次判断出穿过对接装置中轴线时，执行以下俯仰角控制指令：

步骤5：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，又一次判断出穿过对接装置中轴线时，此时水下航行器根据步骤3、步骤4和本步骤三次穿过对接装置中轴线时的自身状态信息，得到对接装置的中轴线位置，并在对接装置的中轴线上，采用定角控制

θh＝θ

执行最终水下航行器与对接装置的对接控制。

有益效果

本发明适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器与对接装置的俯仰对接控制，既能使uuv按照对接口倾角以较好的态势进入对接装置，又可以确认对接口中轴线，避免误对接，从而提升了对接成功率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：俯仰对接控制示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提出的一种考虑对接倾角的尾部推进水下航行器俯仰对接控制方法，包括以下步骤：

步骤1：水下航行器获取自身与对接装置距离，当距离达到设定阈值后；水下航行器根据已知的对接装置深度y和对接装置倾角θ，按照以下变深控制指令进行变深控制：

yh＝y+l*tan(θ)

其中yh为目标深度，l为水下航行器与对接装置的水平距离；

步骤2：当水下航行器到达目标深度后，按照对接装置的声信号导引，控制水下航行器向对接装置方向进行定深直航；

步骤3：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，判断穿过对接装置中轴线时，执行以下俯仰角控制指令：

θh＝|θ|+δθ

其中θh为俯仰角指令，δθ为设定的大于0的俯仰角增量；

步骤4：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，再次判断出穿过对接装置中轴线时，执行以下俯仰角控制指令：

步骤5：当水下航行器根据对接装置的声信号导引，又一次判断出穿过对接装置中轴线时，此时水下航行器根据步骤3、步骤4和本步骤三次穿过对接装置中轴线时的自身状态信息，得到对接装置的中轴线位置，并在对接装置的中轴线上，采用定角控制

θh＝θ

执行最终水下航行器与对接装置的对接控制。

本发明适用于采用单一尾部推进的低速水下航行器与对接装置的俯仰对接控制，既能使uuv按照对接装置倾角以较好的态势进入对接装置，又可以确认对接装置中轴线，避免误对接，从而提升了对接成功率。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种考虑对接倾角的尾部推进水下航行器俯仰对接控制方法，当UUV距离对接装置较近且已知对接装置倾角后，以对接装置深度为基准，先向下机动一定深度，之后再定深直航接近对接口；当通过声导引信号判断已穿过对接装置中轴线时，执行正俯仰角定角控制，使UUV抬头穿越中轴线，同样当通过声导引信号判断穿越中轴线后执行负俯仰角定角控制，直至再次穿越中轴线，此时，UUV即能够确认对接装置中轴线，确认中轴线后沿中轴线执行定角控制。本发明既能使UUV按照对接口倾角以较好的态势进入对接装置，又可以确认对接口中轴线，避免误对接，从而提升了对接成功率。

技术研发人员：程树明;杜彬;雷茵;李亚;郝喆;李欣
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0五研究所
技术研发日：2018.11.22
技术公布日：2019.04.12