【技術實現步驟摘要】
該專利技術涉及航行體導航系統舵機舵角分配算法，屬于導航系統舵機控制。
技術介紹
1、x型舵是指一種四個舵面間隔90°，均勻布置在航行體尾部對角線上的舵面分布形式，x型舵結構形式如圖1所示。然而現有水下航行體卻多采用十字型舵，十字型舵相對于x型舵存在操縱性、穩定性上等諸多劣勢。相比于傳統十字型舵，x型舵存在以下優勢：在其舵面尺寸更長，使得其舵效相比十字型舵高出30％—40％；且其每個舵面都可以單獨操控，即使存在一兩個舵面損壞，航行體依然可以正常工作，安全性能更高；其次，x型舵在高速航行條件下的機動性也具有明顯優勢。
2、傳統十字型舵機系統結構會將舵板與鰭板設計為一體式結構，即舵板嵌入鰭板中。而x型舵機系統結構將鰭板與舵板分離開來，如圖1a、b所示。這種特點使得裝配有x型舵的航行體所受流體動力特點與裝配有十字型舵的航行體有較大區別，這種結構設計上的不同也使得x型舵舵板形狀、面積、以及活動限制角度均與十字型舵不同。由此產生的影響，使得適用于x型舵的舵角分配算法不能簡單地由十字型舵角分配算法推廣而來。為提高x型舵的操控效率與性能，必須對其舵角分配方法展開研究。x型舵的舵角分配算法更加復雜，需考慮航行體橫滾角對其舵效產生的影響，以及機械活動角度的限制，因此需對x型舵舵角分配算法進行重新設計。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提出了一種適用于水下航行體的x型舵舵角分配方法。本專利技術針對傳統十字型舵的分配算法無法適用于x型舵的情況,解決了x型舵舵角分配的問題，進而提高水下航行
2、專利技術依據水下航行體的實時姿態和控制指令計算所需舵角后，考慮航行體橫滾對舵效的影響，按相應舵效對x型舵的四個舵機進行舵角分配，得到水下航行體x型舵操舵指令。
3、具體技術方案如下：
4、一種適用于水下航行體的x型舵舵角分配方法，依據水下航行體的實時姿態和控制指令計算所需垂直、水平與差動舵角后，按相應舵效對x型舵的四個舵機進行舵角分配，得到x型舵操舵指令。
5、進一步的，所述的水下航行體的實時姿態，是通過內置的慣性導航裝置實時獲取水下航行體的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度以及角速度信息。
6、進一步的，所述的水下航行體的控制指令，是其通過導航控制系統依據水下航行體自身姿態方位與目標點姿態方位，實時解算的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度控制指令。
7、進一步的，所述的垂直、水平與差動舵角，是指水下航行體要完成控制指令所需的，在導航坐標系中的絕對水平面與垂直面中的操舵角度，為計算最終舵角分配的中間量。
8、進一步的，所述的按相應舵效對x型舵的四個舵機進行舵角分配，是指通過對水下航行體載體坐標系與導航坐標系夾角推算x型舵四個舵機與導航坐標系z軸夾角，進而依據夾角關系和垂直、水平、差動舵角數值進行實際舵角分配。
9、進一步的，x型舵舵角分配算法具體如下，
10、從水下航行體的尾部向頭部觀察，以航行體尾部舵面的延長線交點為原點，建立平面直角坐標系作為x型舵的初始坐標系xoz；
11、定義同向舵角、差動舵角及x型舵在xoz中的垂直、水平、差動舵效；
12、得到同向舵角、差動舵角與垂直、水平、差動舵效的數值關系；
13、在不考慮差動舵的情況下，對x型舵四個舵角進行初步分配，并進行限幅；
14、在初步分配的基礎上，依據兩對舵的偏轉程度，進行差動舵角分配，將差動效果分配至四個舵；
15、對分配差動效果后的舵角進行限幅，得出最終舵角分配值。
16、有益效果
17、1、本專利技術考慮了十字型舵與x型舵舵機整體結構及舵面分布形式的差異，摒棄了傳統十字型舵的舵角分配算法，針對x型舵獨有的舵面分布形式，綜合考慮航行體橫滾角對x型舵舵效產生的影響，對x型舵舵角分配算法進行重新設計。
18、2、通過分配方法發揮x型舵舵效高、舵面可獨立操控的優勢，從而提高水下航行體機動性能，為水下航行體惡劣條件下運行提供保障。
19、3、本專利技術所述x型舵角分配方法已經得到了仿真數據的驗證，通過對5kn航速，質浮心距為0mm時，-15kg、-5kg、0kg不同負浮力，三種工況下水下航行體變深航行能力進行仿真，結果如圖2所示。對三種不同工況下水下航行體變航向航行能力進行仿真，結果如圖3所示。
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1.一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：依據水下航行體的實時姿態和控制指令計算所需垂直、水平與差動舵角后，按相應舵效對X型舵的四個舵機進行舵角分配，得到X型舵操舵指令。
2.根據權1所述的一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的水下航行體的實時姿態，是通過內置的慣性導航裝置實時獲取水下航行體的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度以及角速度信息。
3.根據權1所述的一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的水下航行體的控制指令，是其通過導航控制系統依據水下航行體自身姿態方位與目標點姿態方位，實時解算的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度控制指令。
4.根據權1所述的一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的垂直、水平與差動舵角，是指水下航行體要完成控制指令所需的，在導航坐標系中的絕對水平面與垂直面中的操舵角度，為計算最終舵角分配的中間量。
5.根據權1所述的一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的按相應舵效對X型舵的四個舵機進行舵角分配，是指通過對水下航
6.根據權1-5所述的任意一種適用于水下航行體的X型舵舵角分配方法，其特征在于：X型舵舵角分配算法具體如下，
...【技術特征摘要】
1.一種適用于水下航行體的x型舵舵角分配方法，其特征在于：依據水下航行體的實時姿態和控制指令計算所需垂直、水平與差動舵角后，按相應舵效對x型舵的四個舵機進行舵角分配，得到x型舵操舵指令。
2.根據權1所述的一種適用于水下航行體的x型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的水下航行體的實時姿態，是通過內置的慣性導航裝置實時獲取水下航行體的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度以及角速度信息。
3.根據權1所述的一種適用于水下航行體的x型舵舵角分配方法，其特征在于：所述的水下航行體的控制指令，是其通過導航控制系統依據水下航行體自身姿態方位與目標點姿態方位，實時解算的偏航、俯仰、橫滾三通道上的角度控制指令。
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙愛港，張田田，許曉蓉，杜鵬，田麗虹，
申請(專利權)人：宜昌測試技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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