9、水下航行器发射、回收与控制系统设计解析

水下航行器发射、回收与控制系统设计解析

1. 发射与回收过程模型

发射与回收过程主要是将航行器部署到水中。当远程操作水下航行器（ROV）到达任务深度并驶离发射船尾部时，任务正式开始。完成小型航行器的回收任务后，ROV 上升到手动绳索绞车范围内的水面，随后使用绞车回收航行器，任务结束。

在回收阶段，会使用如滑模控制器（SMC）这样的鲁棒控制系统来控制 ROV。控制策略是在潜水前让航行器驶离船尾，并使 ROV 与迎面而来的航行器对齐。但由于水流速度和方向随时间变化，很难确定具体时间。可能出现路径未对齐的情况，例如在路径对齐过程中，航向或/和 Y 偏移可能会在任一方向上发生。不过，控制策略会先检测自主水下航行器（AUV）的存在，并尝试与迎面而来的航行器对齐，若失败则会进行第二次尝试。

为实现控制策略，采用以下控制架构：
- 控制系统使用之前确定的非线性 ROV 模型。
- 首先通过特定方法检测 AUV 的存在。
- 由于用于触发环的时间不确定（很大程度取决于当前水流速度），需要进行路径规划（时间充足时）和速度校正（时间不足时）以提供鲁棒性。

2. 控制系统设计

控制器用于控制航行器的位置和速度，以保持路径（即与迎面而来的航行器的正确航向和路径对齐）。控制信号触发相应的推进器，将航行器控制到所需的位置和速度。

采用结合进化模糊方案的鲁棒 SMC 来调整 SMC 参数，以应对模型不确定性和外部干扰。外部干扰通常是有界的，并由控制器进行衰减。

相关定义如下：
- (v = [u\ v\ w\ p\ q\ r]^T) 是流体在体坐标系中的速度。
- (v_r =