CN103543748B - 水下拖体姿态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋监测技术领域,具体涉及一种水下拖体的控制方法。一种水下拖体姿态控制方法,其技术方案是:将探测区域划分为若干个矩形标准作业区,对每个标准作业区进行编号,将每个标准作业区的编号、中心位置的经纬度存储至存储模块,针对每个标准作业区均设定有一个最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;当进入每个标准作业区后,根据情况微调翼板,并根据调节情况更新最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;利用本发明提高水下拖体姿态的控制精度,减少翼板的调节的频度。
Description
技术领域
本发明属于海洋监测技术领域,具体涉及一种水下拖体的控制方法。
背景技术
海洋作为世界上最大的资源宝库,蕴藏着极其丰富的矿产资源和油气资源,将是人类未来生存和发展必需资源的主要提供者,在海洋勘探活动中,水下拖曳***得到了最为广泛的应用,水下拖曳***由水面舰船、专用绞车、拖曳电缆和水下拖体等主要部分组成。在军用领域中,水下拖体安装探测识别声纳,用于执行反水雷、反潜、地形探测、可疑物检测等水下探测任务;在民用领域中,安装温度、盐度、深度、PH值等海洋探测传感器,可用于水文采集和海洋开发,安装探测声纳、水下摄像机等设备,实现沉船、水底线缆检测功能。
执行探测任务时,无论军事用途或是民用领域,都要求水下拖体的姿态必须保持稳定,才能得到理想的探测效果。常规拖体设计中,对于姿态控制精度要求不高的水下拖体,重点配置水下拖的静态稳定性,可通过对机械结构设计、重心、浮心配制进行调节,就可以满足***作业的需求;对于姿态控制精度要求高的水下拖体,则需要在水下拖体上安装调节翼板,增加水下拖在姿态稳定性,预先调整翼板的攻角,改善拖体的拖曳性能。
发明内容
本发明的目的是:提供一种在水面舰船拖曳速度较高时,水下拖体保持稳定的拖曳姿态的控制方法,该方法能够提高水下拖体姿态的控制精度,减少翼板的调节的频率,提高水下拖曳的探测效率和探测效果。
本发明的技术方案是:一种水下拖体姿态控制方法,它包括以下步骤:
A.在水下拖体的中段左右对称安装水平翼板,尾部左右对称安装差动翼板;
B.在水下拖体内部安装:
调整水下拖体姿态的控制模块;
检测水下拖体的横滚角、俯仰角、经纬度信息的光纤罗经;
检测水下拖体与水底距离的高度传感器;
检测水下拖体与水面距离的深度传感器;
预存水下拖体作业路线以及记录其数据信息的存储模块;
实现水平翼板和差动翼板的角度调节的驱动模块;
C.将探测区域划分为若干个矩形标准作业区,对每个标准作业区进行编号,将每个标准作业区的编号、中心位置的经纬度存储至存储模块,针对每个标准作业区均设定有一个最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
D1.水下拖体工作时,首先利用光纤罗经获取其当前经纬度,与每个标准作业区中心位置的经纬度相比较,确定水下拖体当前所在标准作业区的编号;
D2.进入标准作业区的水下拖体执行该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;进入尚未设定最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角的标准作业区时,水下拖体的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角初始化为0°;
D3.从光纤罗经获取水下拖体的俯仰角和俯仰角速度,判定俯仰角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用增量式PID算法调整水平翼板攻角;
从光纤罗经获取水下拖体的横滚角和横滚角速度,判定横滚角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用增量式PID算法调整差动翼板攻角;
由控制模块向驱动模块发出调整水平翼板、差动翼板的指令;
D4.将平翼板攻角和差动翼板攻角的调整值记录至存储模块,每更新一次攻角,调整次数加1;存储模块将翼板攻角调整值累加后存储;
D5.判断水下拖体是否驶出该标准作业区,若否,则重复步骤D3;若是,则重复步骤D1,同时调整该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
调整方法为:
对于首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以调整次数;对存储模块内的数据进行替换,得到更新后的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
对于非首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角=(翼板攻角累加值÷调整次数+更新前的最优攻角)÷2。
本发明的有益效果是:(1)利用本发明,水下拖体进入一个探测过的水域后,可从存储模块读取最优翼板攻角作为初始攻角,使水下拖体的初始姿态基本保持理想值,即使再次调整,也是在理想的平衡位置进行微调,可缩短水下拖体姿态控制的调整时间,采用了增量式的调整方法,将水下拖体的翼板攻角进行微调,可以减少水下拖体姿态调整的超调量。
(2)本发明将探测作业水域划分为若干个标准作业区域,将各区域内翼板攻角的最优值记录在存储模块,并根据作业情况进行更新。
附图说明
图1为本发明原理框图;
具体实施方式
参见附图1,一种水下拖体姿态控制方法,它包括以下步骤:
A.在水下拖体的中段左右对称安装水平翼板,尾部左右对称安装差动翼板;
B.在水下拖体内部安装:
调整水下拖体姿态的控制模块;
检测水下拖体的横滚角、俯仰角、经纬度信息的光纤罗经;
检测水下拖体与水底距离的高度传感器;
检测水下拖体与水面距离的深度传感器;
预存水下拖体作业路线以及记录其数据信息的存储模块;
实现水平翼板和差动翼板的角度调节的驱动模块;
C.将探测区域划分为若干个矩形标准作业区,对每个标准作业区进行编号,将每个标准作业区的编号、中心位置的经纬度存储至存储模块,本例中,将标准作业区划分为边长2km的正方形区域,在同一标准作业区域内,认为海洋对水下拖体的影响基本一致,当水下拖体的姿态调整稳定后,不会发成剧烈的变化,故针对每个标准作业区均设定有一个最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
D1.水下拖体工作时,首先利用光纤罗经获取其当前经纬度,与每个标准作业区中心位置的经纬度相比较,确定水下拖体当前所在标准作业区的编号;本例中,假设水下拖体进入标准作业区a中;将水下拖***置与标准作业区域a的中心点比较,经纬度均在其1km范围以内,则水下拖体处在该标准作业区域a内;
D2.进入标准作业区a的水下拖体执行该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;进入尚未设定最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角的标准作业区时,水下拖体的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角初始化为0°;
在探测作业过程中,最为理想的情况是整个过程中,水下拖体的姿态均保持稳定,不需要调整,但由于海洋本身的影响,水下拖体的姿态需要实时地调整,由于之前定义了标准作业区域,在这个区域内海洋影响基本一致,在保持最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角的情况下,即使是调整水下拖体的姿态,也是微调,不会产生大的姿态超调和很长的调整周期,能够保证探测效果;
D3.从光纤罗经获取水下拖体的俯仰角和俯仰角速度,判定俯仰角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用下述增量式PID算法调整水平翼板攻角:
水平翼板攻角=当前水平翼板的攻角-0.473×俯仰角-1.43×俯仰角速度-0.015×俯仰角速度累加和;
从光纤罗经获取水下拖体的横滚角和横滚角速度,判定横滚角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用下述增量式PID算法调整差动翼板攻角:
差动翼板攻角=当前差动翼板攻角-0.518×横滚角-2.75×横滚角速度-0.015×横滚角速度累加和;
上述计算中,定义水下拖体俯仰角、水平翼板攻角、左侧差动翼板攻角以向下转动为正,水下拖体横滚角以向右为正;增量式PID算法中的各项系数由实验优化取得;
由控制模块向驱动模块发出调整水平翼板、差动翼板的指令;
D4.将平翼板攻角和差动翼板攻角的调整值记录至存储模块,每更新一次攻角,调整次数加1;存储模块将翼板攻角调整值累加后存储;
D5.判断水下拖体是否驶出该标准作业区,若否,则重复步骤D3;若是,则重复步骤D1,同时调整该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
调整方法为:
对于首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以调整次数;对存储模块内的数据进行替换,得到更新后的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
对于非首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角=(板攻角累加值÷调整次数+调整前最优攻角)÷2。
Claims (2)
1.一种水下拖体姿态控制方法,其特征是,它包括以下步骤:
A.在水下拖体的中段左右对称安装水平翼板,尾部左右对称安装差动翼板;
B.在水下拖体内部安装:
调整水下拖体姿态的控制模块;
检测水下拖体的横滚角、俯仰角以及经纬度信息的光纤罗经;
检测水下拖体与水底距离的高度传感器;
检测水下拖体与水面距离的深度传感器;
预存水下拖体作业路线以及记录其数据信息的存储模块;
实现水平翼板和差动翼板的角度调节的驱动模块;
C.将探测区域划分为若干个矩形标准作业区,对每个标准作业区进行编号,将每个标准作业区的编号、中心位置的经纬度存储至存储模块,针对每个标准作业区均设定有一个最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
D1.水下拖体工作时,首先利用光纤罗经获取其当前经纬度,与每个标准作业区中心位置的经纬度相比较,确定水下拖体当前所在标准作业区的编号;
D2.进入标准作业区的水下拖体执行该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;进入尚未设定最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角的标准作业区时,水下拖体的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角初始化为0°;
D3.从光纤罗经获取水下拖体的俯仰角和俯仰角速度,判定俯仰角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用增量式PID算法调整水平翼板攻角;
从光纤罗经获取水下拖体的横滚角和横滚角速度,判定横滚角是否超出预存作业路线的允许范围,如超出范围,则使用增量式PID算法调整差动翼板攻角;
由控制模块向驱动模块发出调整水平翼板、差动翼板的指令;
D4.将水平翼板攻角和差动翼板攻角的调整值记录至存储模块,每更新一次攻角,调整次数加1;存储模块将翼板攻角调整值累加后存储;
D5.判断水下拖体是否驶出该标准作业区,若否,则重复步骤D3;若是,则重复步骤D1,同时调整该标准作业区的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
调整方法为:
对于首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以调整次数;对存储模块内的数据进行替换,得到更新后的最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角;
对于非首次驶出该标准作业区的水下拖体,最优水平翼板攻角、最优差动翼板攻角=(翼板攻角累加值÷调整次数+更新前的最优攻角)÷2。
2.如权利要求1所述的一种水下拖体姿态控制方法,其特征在于,步骤D3中,调整水平翼板攻角的方法为:
水平翼板攻角=当前水平翼板的攻角-0.473×俯仰角-1.43×俯仰角速度-0.015×俯仰角速度累加和;
调整差动翼板攻角的方法为:
差动翼板攻角=当前差动翼板攻角-0.518×横滚角-2.75×横滚角速度-0.015×横滚角速度累加和。
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