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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，提供一种分离式舵水下航行器单舵卡应急控制方法，包括：建立航行器的六自由度运动模型；通过对航行器六自由度运动模型进行线性化处理，获得第一航行器垂直面线性运动方程；基于第一航行器垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行双水平舵控制时的控制器设计，根据监测舵角、舵角指令与舵速之间的关系，设计舵卡检测算法；通过舵卡检测算法判断发生舵卡时，建立第二航行器垂直面线性运动方程；基于第二航行器垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行单水平舵控制时的控制器设计。本发明通过单水平舵舵卡发生后立即进行控制律重构，降低分离式舵航行器单舵卡时的失控风险，提高航行器的航行安全性。

主权项：1.一种分离式舵水下航行器单舵卡应急控制方法，其特征在于，包括：S1：建立航行器的六自由度运动模型；S2：通过对航行器六自由度运动模型进行线性化处理，获得第一航行器垂直面线性运动方程；通过将六自由度运动方程按泰勒级数展开并选择航行器垂直面的运动状态，获得第一航行器垂直面线性运动方程，第一航行器垂直面线性运动方程为： 其中，为垂向速度，为纵倾角速度，为纵倾角，为深度，为右侧尾水平舵角，为左侧尾水平舵角，为的导数，为的导数，为的导数，为的导数，为舵角系数，为航行器状态系数；S3：基于第一航行器垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行双水平舵控制时的控制器设计；采用二次型最优控制器进行双水平舵控制时的控制器设计，二次型最优控制器为： 其中，为右侧尾水平舵指令，为左侧尾水平舵指令，为深度指令，为垂向速度控制参数，为纵倾角速度控制参数，为纵倾角控制参数，为深度控制参数；采用卡尔曼滤波器对航行器的垂向速度、纵倾角速度、纵倾角以及深度进行估计，估计方程式为： 其中，为估计矩阵，，为的导数，为垂向速度的估计值，为纵倾角速度的估计值，为纵倾角的估计值，为深度的估计值，为航行器状态系数矩阵，为舵角系数矩阵，为观测器系数矩阵；S4：根据监测舵角、舵角指令与舵速之间的关系，设计舵卡检测算法；舵卡检测算法为： 其中，为舵角、为舵角指令、为舵速、为舵卡判定阈值；S5：通过舵卡检测算法判断未发生舵卡时，采用双水平舵控制时的控制器控制；通过舵卡检测算法判断发生舵卡时，建立第二航行器垂直面线性运动方程；所述第二航行器垂直面线性运动方程为左侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程或者为右侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程；通过舵卡检测算法判断左侧水平舵舵卡时，建立左侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程，左侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程为： 其中，为航行器单舵卡线性化状态系数，为航行器单舵卡线性化舵垂向系数，为航行器单舵卡线性化舵纵向系数，为航行器单舵卡线性化舵纵倾系数，为航行器单舵卡线性化舵深度系数；通过舵卡检测算法判断右侧水平舵舵卡时，建立右侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程，右侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程为： S6：基于第二航行器垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行单水平舵控制时的控制器设计；基于左侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行单水平舵控制时的控制器设计，左水平舵舵卡后单水平舵控制时的控制器为： 其中，为舵卡发生后的垂向速度控制参数，为舵卡发生后纵倾角速度控制参数，为舵卡发生后纵倾角控制参数，为舵卡发生后深度控制参数；基于右侧水平舵舵卡后的垂直面线性运动方程，采用最优控制方法进行单水平舵控制时的控制器设计，右水平舵舵卡后单水平舵控制时的控制器为： 。

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