[发明专利]自适应艏向信息融合的波浪滑翔器航向控制方法

说明书

本发明提供一种自适应艏向信息融合的波浪滑翔器航向控制方法，(1)制导模块给出期望航向角；(2)得到修正后的潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数的估计值；(3)计算潜体期望艏向角；(4)计算潜体期望艏向与浮体艏向的夹角的绝对值，将其限制在预先设定的阈值内；(5)进行潜体艏向控制，主计算机向舵机发出舵角指令，舵机驱动舵板转动；(6)计算波浪滑翔器实际航向与期望航向误差绝对值，如果小于设定的阈值并保持一定时间，认为波浪滑翔器航向控制系统实际输出稳定收敛到期望输出，跳出循环，否则返回步骤(2)。本发明通过对潜体的艏向控制间接实现波浪滑翔器系统整体航向的控制，达到航向控制的目的，并使得该方法具有较强的自适应性。

技术领域

本发明涉及一种针对波浪滑翔器的航向控制方法，尤其涉及一种自适应艏向信息融合的波浪滑翔器航向控制方法，属于海洋航行器运动控制方法领域。

背景技术

波浪滑翔器是一种新型无人海洋探测平台，利用“浮体-脐带-潜体”刚柔混合多体结构将海洋波浪能直接地转化为自身的前进动力，同时依靠上甲板搭载的太阳能电池板为各电气负载供电，可以在广阔的海洋上进行长期自主的航行，还可充当通信中继与其他类型的探测平台进行指令和数据交换，为海洋观测技术提供了新思路，有着十分广阔的发展前景。然而，波浪滑翔器独特的多体系联结构使得采用针对于单体结构的运动控制方法，控制效果难以保证。

王磊峰等提出的公开号为CN 106990787 A的发明《一种上下体艏向信息融合的波浪滑翔器航点跟踪方法》，涉及了艏向融合的思想，然而，其中潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数根据经验选取，并且在整个航行过程中保持不变，根据经验选取的固定的比例系数将产生固有偏移，而本发明中潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数根据波浪滑翔器实际航向数据实时迭代修正，该比例系数同时反映了波浪滑翔器自身动力学特性和外界环境干扰因素的影响，即使外界环境干扰发生变化，采用实时修正的潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数依然能够起到消除环境干扰带来的稳态误差的作用，使得波浪滑翔器系统的实际航向逼近期望航向，因此，二者消除稳态误差的原理与控制系统体系结构具有本质不同，本发明具有显著进步。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种自适应艏向信息融合的波浪滑翔器航向控制方法，结合波浪滑翔器多体特性，利用实际航行数据实时修正波浪滑翔器浮体潜体艏向和系统整体航向的相互关系，通过对潜体的艏向控制间接实现波浪滑翔器系统整体航向的控制，达到航向控制的目的，并使得该方法具有较强的自适应性。

本发明的目的是这样实现的：波浪滑翔器的舵机安装于潜体，舵机由主计算机控制并可直接控制潜体的转向，浮体的转向由潜体的拖曳力提供，浮体与潜体分别安装一个艏向传感器且两个艏向传感器分别测量浮体艏向和潜体艏向，波浪滑翔器还配备有测量波浪滑翔器系统整体航向的航向传感器，步骤如下：

步骤(1)：制导模块给出期望航向角ψ^*(k)，其中k为离散控制系统的运行时刻；

步骤(2)：根据系统实际航向ψ(k)，浮体艏向角ψ^F(k)和潜体艏向角ψ^G(k)，在上一时刻潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数的估计值的基础上，得到修正后的潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数的估计值

步骤(3)：根据系统期望航向角ψ^*(k)、浮体艏向角ψ^F(k)以及修正后的潜体浮体相对于系统艏向角的比例系数计算潜体期望艏向角ψ^Gd(k)；

步骤(4)：计算潜体期望艏向ψ^Gd(k)与浮体艏向ψ^F(k)的夹角的绝对值ψ_FG，并将其限制在预先设定的阈值ψ_FGmax内；

步骤(5)：进行潜体艏向控制，主计算机向舵机发出舵角指令δ_d，舵机驱动舵板转动；