X舵自主式水下航行器抗横滚控制研究与操纵性试验

[目的]针对一种新型的X舵自主式水下航行器(XAUV)在航行过程中的横滚问题,开展抗横滚近水面定深定向控制研究与系列操纵性试验。[方法]首先,介绍XAUV的系统结构与模式功能,并建立数学模型;其次,基于前期的水池试验经验,分析XAUV在水面航行时的横滚问题;接着,开展开环差动舵横滚控制试验,并结合试验结果设计基于反馈线性化PD控制的横滚与航向动力学控制器、基于增量反馈控制的深度动力学控制器,以及约束非线性控制分配的近水面抗横滚定深定向运动控制器;最后,通过在水池中进行系列操纵性试验,验证所提方法的有效性以及XAUV的操纵性。[结果]试验结果表明,在艇体模型相同的情况下,常规十字舵的回转直径为所设计X舵的1.2倍;基于所提出控制方法,在保证XAUV深度与航向控制效果的同时,当推进器转速为1 680 r/min时,可将XAUV的横滚角有效抑制在2°之内。[结论]研究表明,X舵可提升自主式水下航行器(AUV)的操纵灵活性且具备独特的横滚控制能力,所设计的抗横滚近水面定深定向控制策略能充分发挥XAUV的操纵性优势,在完成深度与航向控制的同时实现横滚角的有效控制。