水下拖體姿態控制方法
【專利摘要】本發明屬于海洋監測【技術領域】，具體涉及一種水下拖體的控制方法。一種水下拖體姿態控制方法，其技術方案是：將探測區域劃分為若干個矩形標準作業區，對每個標準作業區進行編號，將每個標準作業區的編號、中心位置的經緯度存儲至存儲模塊，針對每個標準作業區均設定有一個最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；當進入每個標準作業區后，根據情況微調翼板，并根據調節情況更新最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；利用本發明提高水下拖體姿態的控制精度，減少翼板的調節的頻度。
【專利說明】水下拖體姿態控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋監測【技術領域】，具體涉及一種水下拖體的控制方法。
【背景技術】
[0002]海洋作為世界上最大的資源寶庫，蘊藏著極其豐富的礦產資源和油氣資源，將是人類未來生存和發展必需資源的主要提供者，在海洋勘探活動中，水下拖曳系統得到了最為廣泛的應用，水下拖曳系統由水面艦船、專用絞車、拖曳電纜和水下拖體等主要部分組成。在軍用領域中，水下拖體安裝探測識別聲納，用于執行反水雷、反潛、地形探測、可疑物檢測等水下探測任務；在民用領域中，安裝溫度、鹽度、深度、PH值等海洋探測傳感器，可用于水文采集和海洋開發，安裝探測聲納、水下攝像機等設備，實現沉船、水底線纜檢測功能。
[0003]執行探測任務時，無論軍事用途或是民用領域，都要求水下拖體的姿態必須保持穩定，才能得到理想的探測效果。常規拖體設計中，對于姿態控制精度要求不高的水下拖體，重點配置水下拖的靜態穩定性，可通過對機械結構設計、重心、浮心配制進行調節，就可以滿足系統作業的需求；對于姿態控制精度要求高的水下拖體，則需要在水下拖體上安裝調節翼板，增加水下拖在姿態穩定性，預先調整翼板的攻角，改善拖體的拖曳性能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種在水面艦船拖曳速度較高時，水下拖體保持穩定的拖曳姿態的控制方法，該方法能夠提高水下拖體姿態的控制精度，減少翼板的調節的頻率，提聞水下拖曳的探測效率和探測效果。
[0005]本發明的技術方案是:一種水下拖體姿態控制方法，它包括以下步驟:
[0006]A.在水下拖體的中段左右對稱安裝水平翼板，尾部左右對稱安裝差動翼板；
[0007]B.在水下拖體內部安裝:
[0008]調整水下拖體姿態的控制模塊；
[0009]檢測水下拖體的橫滾角、俯仰角、經緯度信息的光纖羅經；
[0010]檢測水下拖體與水底距離的高度傳感器；
[0011]檢測水下拖體與水面距離的深度傳感器；
[0012]預存水下拖體作業路線以及記錄其數據信息的存儲模塊；
[0013]實現水平翼板和差動翼板的角度調節的驅動模塊；
[0014]C.將探測區域劃分為若干個矩形標準作業區，對每個標準作業區進行編號，將每個標準作業區的編號、中心位置的經緯度存儲至存儲模塊，針對每個標準作業區均設定有一個最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0015]Dl.水下拖體工作時，首先利用光纖羅經獲取其當前經緯度，與每個標準作業區中心位置的經緯度相比較，確定水下拖體當前所在標準作業區的編號；
[0016]D2.進入標準作業區的水下拖體執行該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；進入尚未設定最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角的標準作業區時，水下拖體的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角初始化為O。；
[0017]D3.從光纖羅經獲取水下拖體的俯仰角和俯仰角速度，判定俯仰角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用增量式PID算法調整水平翼板攻角；
[0018]從光纖羅經獲取水下拖體的橫滾角和橫滾角速度，判定橫滾角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用增量式PID算法調整差動翼板攻角；
[0019]由控制模塊向驅動模塊發出調整水平翼板、差動翼板的指令；
[0020]D4.將平翼板攻角和差動翼板攻角的調整值記錄至存儲模塊，每更新一次攻角，調整次數加I ;存儲模塊將翼板攻角調整值累加后存儲；
[0021]D5.判斷水下拖體是否駛出該標準作業區，若否，則重復步驟D3 ;若是，則重復步驟D1，同時調整該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0022]調整方法為:
[0023]對于首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以調整次數；對存儲模塊內的數據進行替換，得到更新后的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0024]對于非首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角=(翼板攻角累加值+調整次數+更新前的最優攻角)+2。
[0025]本發明的有益效果是:(I)利用本發明，水下拖體進入一個探測過的水域后，可從存儲模塊讀取最優翼板攻角作為初始攻角，使水下拖體的初始姿態基本保持理想值，即使再次調整，也是在理想的平衡位置進行微調，可縮短水下拖體姿態控制的調整時間，采用了增量式的調整方法，將水下拖體的翼板攻角進行微調，可以減少水下拖體姿態調整的超調量。
[0026](2)本發明將探測作業水域劃分為若干個標準作業區域，將各區域內翼板攻角的最優值記錄在存儲模塊，并根據作業情況進行更新。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明原理框圖；
【具體實施方式】
[0028]參見附圖1，一種水下拖體姿態控制方法，它包括以下步驟:
[0029]A.在水下拖體的中段左右對稱安裝水平翼板，尾部左右對稱安裝差動翼板；
[0030]B.在水下拖體內部安裝:
[0031]調整水下拖體姿態的控制模塊；
[0032]檢測水下拖體的橫滾角、俯仰角、經緯度信息的光纖羅經；
[0033]檢測水下拖體與水底距離的高度傳感器；
[0034]檢測水下拖體與水面距離的深度傳感器；
[0035]預存水下拖體作業路線以及記錄其數據信息的存儲模塊；
[0036]實現水平翼板和差動翼板的角度調節的驅動模塊；
[0037]C.將探測區域劃分為若干個矩形標準作業區，對每個標準作業區進行編號，將每個標準作業區的編號、中心位置的經緯度存儲至存儲模塊，本例中，將標準作業區劃分為邊長2km的正方形區域，在同一標準作業區域內，認為海洋對水下拖體的影響基本一致，當水下拖體的姿態調整穩定后，不會發成劇烈的變化，故針對每個標準作業區均設定有一個最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0038]Dl.水下拖體工作時，首先利用光纖羅經獲取其當前經緯度，與每個標準作業區中心位置的經緯度相比較，確定水下拖體當前所在標準作業區的編號；本例中，假設水下拖體進入標準作業區a中；將水下拖體位置與標準作業區域a的中心點比較，經緯度均在其Ikm范圍以內，則水下拖體處在該標準作業區域a內；
[0039]D2.進入標準作業區a的水下拖體執行該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；進入尚未設定最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角的標準作業區時，水下拖體的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角初始化為0° ；
[0040]在探測作業過程中，最為理想的情況是整個過程中，水下拖體的姿態均保持穩定，不需要調整，但由于海洋本身的影響，水下拖體的姿態需要實時地調整，由于之前定義了標準作業區域，在這個區域內海洋影響基本一致，在保持最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角的情況下，即使是調整水下拖體的姿態，也是微調，不會產生大的姿態超調和很長的調整周期，能夠保證探測效果；
[0041]D3.從光纖羅經獲取水下拖體的俯仰角和俯仰角速度，判定俯仰角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用下述增量式PID算法調整水平翼板攻角:
[0042]水平翼板攻角=當前水平翼板的攻角-0.473X俯仰角-1.43X俯仰角速度-0.015 X俯仰角速度累加和；
[0043]從光纖羅經獲取水下拖體的橫滾角和橫滾角速度，判定橫滾角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用下述增量式PID算法調整差動翼板攻角:
[0044]差動翼板攻角=當前差動翼板攻角-0.518X橫滾角-2.75X橫滾角速度-0.015 X橫滾角速度累加和；
[0045]上述計算中，定義水下拖體俯仰角、水平翼板攻角、左側差動翼板攻角以向下轉動為正，水下拖體橫滾角以向右為正；增量式PID算法中的各項系數由實驗優化取得；
[0046]由控制模塊向驅動模塊發出調整水平翼板、差動翼板的指令；
[0047]D4.將平翼板攻角和差動翼板攻角的調整值記錄至存儲模塊，每更新一次攻角，調整次數加I ;存儲模塊將翼板攻角調整值累加后存儲；
[0048]D5.判斷水下拖體是否駛出該標準作業區，若否，則重復步驟D3 ;若是，則重復步驟D1，同時調整該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0049]調整方法為:
[0050]對于首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以調整次數；對存儲模塊內的數據進行替換，得到更新后的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；
[0051]對于非首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角=(板攻角累加值+調整次數+調整前最優攻角)+2。
【權利要求】
1.一種水下拖體姿態控制方法，其特征是，它包括以下步驟: A.在水下拖體的中段左右對稱安裝水平翼板，尾部左右對稱安裝差動翼板； B.在水下拖體內部安裝: 調整水下拖體姿態的控制模塊； 檢測水下拖體的橫滾角、俯仰角、經緯度信息的光纖羅經； 檢測水下拖體與水底距離的高度傳感器； 檢測水下拖體與水面距離的深度傳感器； 預存水下拖體作業路線以及記錄其數據信息的存儲模塊； 實現水平翼板和差動翼板的角度調節的驅動模塊； C.將探測區域劃分為若干個矩形標準作業區，對每個標準作業區進行編號，將每個標準作業區的編號、中心位置的經緯度存儲至存儲模塊，針對每個標準作業區均設定有一個最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角； Dl.水下拖體工作時，首先利用光纖羅經獲取其當前經緯度，與每個標準作業區中心位置的經緯度相比較，確定水下拖體當前所在標準作業區的編號； D2.進入標準作業區的水下拖體執行該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角；進入尚未設定最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角的標準作業區時，水下拖體的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角初始化為O。； D3.從光纖羅經獲取水下拖體的俯仰角和俯仰角速度，判定俯仰角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用增量式PID算法調整水平翼板攻角； 從光纖羅經獲取水下拖體的橫滾角和橫滾角速度，判定橫滾角是否超出預存作業路線的允許范圍，如超出范圍，則使用增量式PID算法調整差動翼板攻角； 由控制模塊向驅動模塊發出調整水平翼板、差動翼板的指令； D4.將平翼板攻角和差動翼板攻角的調整值記錄至存儲模塊，每更新一次攻角，調整次數加I ;存儲模塊將翼板攻角調整值累加后存儲； D5.判斷水下拖體是否駛出該標準作業區，若否，則重復步驟D3 ;若是，則重復步驟D1，同時調整該標準作業區的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角； 調整方法為: 對于首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角均等于翼板攻角累加值除以調整次數；對存儲模塊內的數據進行替換，得到更新后的最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角； 對于非首次駛出該標準作業區的水下拖體，最優水平翼板攻角、最優差動翼板攻角=(翼板攻角累加值+調整次數+更新前的最優攻角)+2。
2.如權利要求1所述的一種水下拖體姿態控制方法，其特征在于，步驟D3中，調整水平翼板攻角的方法為: 水平翼板攻角=當前水平翼板的攻角-0.473 X俯仰角-1.43 X俯仰角速度-0.015 X俯仰角速度累加和； 調整差動翼板攻角的方法為: 差動翼板攻角=當前差動翼板攻角-0.518 X橫滾角-2.75 X橫滾角速度-0.015 X橫滾角速度累加和。
【文檔編號】G05D1/08GK103543748SQ201310472361
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】宋長會, 唐宗勇, 張萍, 戚戰鋒, 王彭 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所