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申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所;中国船舶集团有限公司第七零七研究所九江分部

摘要：本发明涉及水下航行器运动控制技术领域，具体公开了一种基于卷积神经网络的水下航行器定位控制方法及系统，方法包括：设定航行器定位的目标航向和目标位置；获取航行器的实际航向、实际位置和状态参数；将目标航向、目标位置、实际航向、实际位置和状态参数输入训练好的卷积神经网络模型，输出辅助推进器的转速指令和方向角指令；根据转速指令和方向角指令，控制辅助推进器工作，实现水下航行器定位控制。本发明采用卷积神经网络，将控制指令解算环节与推力分配环节融合为一个模型，提高了控制指令解算与推力分配过程的协同性，同时可以避免推力分配算法在实际应用中进行大量的实时遍历运算，在保证分配准确率的同时提高了算法实时性。

主权项：1.一种基于卷积神经网络的水下航行器定位控制方法，其特征在于，包括：设定航行器定位的目标航向和目标位置；所述目标位置包括目标北向位置和目标东向位置；获取航行器的实际航向、实际位置和状态参数；所述实际位置包括实际北向位置和实际东向位置；所述状态参数包括纵向速度、横向速度、转艏角速度，以及辅助推进器的实际转速和实际方向角；将所述目标航向、目标位置、实际航向、实际位置和状态参数输入训练好的卷积神经网络模型，所述卷积神经网络模型输出辅助推进器的转速指令和方向角指令；所述卷积神经网络模型的训练数据的训练样本包括目标航向、目标北向位置、目标东向位置、实际航向、实际北向位置、实际东向位置、纵向速度、横向速度、转艏角速度，以及辅助推进器的实际转速和实际方向角，训练数据的训练标签包括辅助推进器的转速指令和方向角指令；所述训练数据的制作过程为：将目标航向、目标北向位置、目标东向位置输入无人航行器水平面运动控制系统，计算得到实际航向、实际北向位置、实际东向位置、纵向速度、横向速度、转艏角速度，以及辅助推进器的实际转速、实际方向角转速指令和方向角指令；将所述目标航向、目标北向位置、目标东向位置、实际航向、实际北向位置、实际东向位置、纵向速度、横向速度、转艏角速度，以及辅助推进器的实际转速、实际方向角转速指令和方向角指令组成所述训练数据；无人航行器水平面运动控制系统为通过水下航行器水平面运动方程、航行器水平面运动控制器、辅助推进器推力和方向角分配算法、数字辅助推进器系统建立的闭环控制系统；构建无人航行器水平面运动控制系统，具体过程为：S11：建立水下航行器水平面运动方程，水下航行器水平面运动方程的具体形式如下： 其中，表示纵向速度；表示纵向加速度；表示横向速度；表示横向加速度；表示实际航向；表示航向变化率；表示转艏角速度；表示转艏角加速度；表示北向速度；表示东向速度；表示航行器操纵性参数；表示方向舵；表示时间常数；表示指令航速；表示实际航速；S12：设计航行器水平面运动控制器，所述航行器水平面运动控制器采用PID控制器，具体形式如下： 其中，表示实际北向位置与目标北向位置的差值；表示纵向力比例系数；表示纵向力积分系数；表示纵向力微分系数；表示实际东向位置与目标东向位置的差值；表示横向力比例系数；表示横向力积分系数；表示横向力微分系数；表示实际航向与目标航向的差值；表示转艏力矩比例系数；表示转艏力矩积分系数；表示转艏力矩微分系数；S13：设计辅助推进器推力和方向角分配算法，通过分配算法将航行器水平面运动控制器所解算的横向力指令、纵向力指令以及转艏力矩指令转化为驱动辅助推进器所需要的转速指令和方向角指令，所述辅助推进器推力和方向角分配算法采用序列二次规划方法；S14：设计数字辅助推进器系统，模拟辅助推进器的实际运动，转速指令和方向角指令作为数字辅助推进器系统的输入，输出为辅助推进器的实际转速和实际方向角；S15：通过水下航行器水平面运动方程、航行器水平面运动控制器、辅助推进器推力和方向角分配算法、数字辅助推进器系统建立闭环控制系统，得到无人航行器水平面运动控制系统；根据所述转速指令和方向角指令，控制辅助推进器工作，实现水下航行器定位控制。

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