水下无人航行器水舱容积建模系统及建模方法技术方案

本发明专利技术涉及水下无人航行器技术领域，具体涉及一种水下无人航行器水舱容积建模系统，它包括水舱，和设置在所述水舱内用于测量所述水舱的液位高度并输出为信号电流值的液位传感单元，还包括通过注排水装置与所述水舱连通的供水容器，称量供水容器中水的实时质量的称重模块，和数据处理模块、数值拟合模块。本发明专利技术还提供了水下无人航行器水舱容积建模方法。本发明专利技术的建模系统和水舱建模方法，能够最大程度的消除水下无人航行器异构型水舱和内部不规则安装件导致的水量计算误差，与水舱实际容积模型具有较高的匹配性，数值拟合数据处理简捷易操作，水舱容积模型更准确，一次曲线拟合精度高，若进行多次迭代曲线拟合精度更高。若进行多次迭代曲线拟合精度更高。若进行多次迭代曲线拟合精度更高。

【技术实现步骤摘要】
水下无人航行器水舱容积建模系统及建模方法


[0001]本专利技术涉及水下无人航行器
，尤其涉及一种水下无人航行器水舱容积建模系统及建模方法。

技术介绍

[0002]水下无人航行器用异构型水舱主要用来储存浮力，为耐水压密封舱，需要具备在高倍压下通过双向水泵向水舱中注水和水舱向外排水功能，双向注排水装置脉动较大，同时舱内始终存在空气。因注水前水舱为常压密封状态，注排水时密封舱内空气随着水舱内水量增加，舱内空气被压缩存在一定的舱内压力，注排水时管路中不可避免存在部分空气。
[0003]目前水下无人航行器用异构型水舱容积建模方法为在三维图上进行积分计算，建立水舱容积模型计算公式，此种方法对内部容积形状规则的水舱比较有效，但对异构型和内部有安装件的水舱较难准确地进行建模，水舱容积计算公式误差较大；另一种方法为用流量计测量水舱内体积，流量计算水的体积原理为水的流速和时间的积分，时间积分不可避免存在累计误差，流量计双向测量存在一定的困难，同时因双向注排水装置脉动性和管路中空气的影响，影响流速测量的准确性，流速测量的不准确性和时间积分误差的累计的叠加作用，对水舱内水的体积测量带来较大的误差，影响水舱容积计算模型建立的准确性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中所存在的不足，本专利技术通过称重方式建立一种水下无人航行器用异构型水舱容积模型，用电流型液位传感器测量水舱液位高度，高精度电子称测量水舱中水质量，通过水的密度换算为体积。建模方法为控制双向水泵向水舱内注水或水舱向外排水，对异构型水舱容积模型实际输入和输出量进行采样，采样完成后对得到的水舱水量液位高度和水舱中水的体积进行最小二乘曲线拟合，得到异构型水舱容积计算数学模型。此种方法建立的水舱容积模型能够避免水舱异构型和内部不规则安装件导致的误差，实现测量数据双向采样，解决双向注排水装置脉动性和管路中空气导致的流量测量误差大的问题，数据处理方法简捷易操作，与水舱实际容积模型具有较高的匹配性，水舱容积计算模型更准确。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种水下无人航行器水舱容积建模系统，它包括水舱，还包括液位传感单元，所述液位传感单元设置在所述水舱内，用于测量所述水舱的液位高度x
i
，并输出为信号电流值I
i
；
[0006]供水容器，所述供水容器通过注排水装置与所述水舱连通；
[0007]称重模块，所述称重模块设置在所述供水容器底部，用于称量所述供水容器中水的实时质量m
i
；
[0008]数据处理模块，用于将信号电流值I
i
换算为实时液位高度x
i
，将供水容器中水的质量m
i
换算成为水舱内水的实时质量M
i
，并将换算后的水舱实时质量Mi换算成为水舱内水的实时体积yi；
[0009]数值拟合模块，用于对水舱容积模型拟合的输入参数液位高度x
i
和输出参数水舱中水的质量y
i
进行多组数值采样，将得到的多组输入参数x
i
和输出参数y
i
进行最小二乘曲线拟合，得到水舱容积数学模型；
[0010]模型验证模块，用于将数值拟合的水舱容积数学模型代入模型验证模块，对得到的水舱容积数学模型计算精度进行验证。
[0011]优选的方案中，所述称重模块为电子称。
[0012]优选的方案中，所述注排水装置为双向泵。
[0013]本专利技术还提供了水下无人航行器水舱容积建模方法，包括以下步骤：
[0014]a清理水舱后，将供水容器放置在电子称上，电子称计数归零，将供水容器中注满自来水，记录当前供水容器中水的质量M0；
[0015]b注水采样，控制注排水装置向水舱中注水，在水舱容积范围内进行采样，实时记录水舱中液位高度信号电流值Ii和供水容器中水的质量mi，得到采样数据组(Ii，mi)；
[0016]c排水采样，当水舱中水量将要达到液位传感器测量上限时，控制注排水装置将水舱中水排到供水容器中，实时记录水舱中液位高度信号电流值Ii和供水容器中水的质量mi，得到采样数据组(Ii，mi)；
[0017]d数据处理，将测量的液位高度信号电流值换算为液位高度值xi，将测量的供水容器的质量mi换算成水舱的实时质量Mi，并将换算后的水舱实时质量Mi换算成为水舱内水的实时体积yi；
[0018]e数值拟合，将得到的多组输入参数xi和输出参数yi进行最小二乘曲线拟合，得到水舱容积数学模型。
[0019]优选的方案中，步骤e包括利用MATLAB函数p＝polyfit(x,y，n)，其中拟合多项式次数取3，拟合得到如下水舱容积模型：
[0020]y＝p[0]*x3+p[1]*x2+p[2]*x+p[3]。
[0021]优选的方案中，还包括步骤f：将水舱容积模型数据验证模块，重复步骤b和步骤c采样过程，增加记录数据验证模块输出的水量值，将数据验证模块输出的水量值和电子称测量换算得到的水量值进行差值计算，得到水舱容积模型计算精度指标。
[0022]相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]1.本专利技术的建模系统和水舱建模方法，能够最大程度的消除水下无人航行器异构型水舱和内部不规则安装件导致的水量计算误差，与水舱实际容积模型具有较高的匹配性，数值拟合数据处理简捷易操作，水舱容积模型更准确，一次曲线拟合精度高，若进行多次迭代曲线拟合精度更高。
[0024]2.本专利技术用称重方式实现对水舱中水量双向采样，直接得到水舱中水量液位高度和水的质量，水量测量避免累计，能够解决双向注排水装置脉动性和管路中空气导致的流量测量误差大的问题。
附图说明
[0025]图1为本专利技术系统的结构示意图。
[0026]图2为本专利技术方法的系统流程图。
[0027]图3为本专利技术实施例中模型曲线对比图。
[0028]上述附图中：10、水舱；20、电流型液位传感器；30、供水容器；40、双向泵；50、电子秤。
具体实施方式
[0029]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0030]本专利技术已应用于水下无人航行器领域，对单套水舱建模验证和批量生产水舱进行了测试验证，能够消除水舱异构型和内部不规则安装件导致的水量计算误差，水舱容积模型匹配性较好，水舱水量测量精度高，满足水下航行器对水舱水量的控制精度要求。下面将就具体实施方式对本专利技术做进一步说明。
[0031]本实施例提供的水下无人航行器水舱容积建模系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水下无人航行器水舱容积建模系统，其特征是，包括水舱，还包括液位传感单元，所述液位传感单元设置在所述水舱内，用于测量所述水舱的液位高度x
i
，并输出为信号电流值I
i
；供水容器，所述供水容器通过注排水装置与所述水舱连通；称重模块，所述称重模块设置在所述供水容器底部，用于称量所述供水容器中水的实时质量m
i
；数据处理模块，用于将信号电流值I
i
换算为实时液位高度x
i
，将供水容器中水的质量m
i
换算成为水舱内水的实时质量M
i
，并将换算后的水舱实时质量Mi换算成为水舱内水的实时体积yi；数值拟合模块，用于对水舱容积模型拟合的输入参数液位高度x
i
和输出参数水舱中水的质量y
i
进行多组数值采样，将得到的多组输入参数x
i
和输出参数y
i
进行最小二乘曲线拟合，得到水舱容积数学模型。2.根据权利要求1所述的水下无人航行器水舱容积建模系统，其特征是：还包括模型验证模块，用于将数值拟合的水舱容积数学模型代入模型验证模块，对得到的水舱容积数学模型计算精度进行验证。3.根据权利要求1所述的水下无人航行器水舱容积建模系统，其特征是：所述液位传感单元为电流型液位传感器。4.根据权利要求1所述的水下无人航行器水舱容积建模系统，其特征是：所述称重模块为电子称。5.根据权利要求1所述的水下无人航行器水舱容积建模系统，其特征是：所述注排水装置为双向泵。6.水下无人航行器水舱容积建模方法，其特征是，包括以下步骤：a清理水舱后，将供水容器放置在电子称上，电子称计数归零，将供水容器中注满自来水，记录当前供水...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：