本发明专利技术公开了一种运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法及其实现装置，属于运动体动力学及控制、导航领域。本发明专利技术中所述的运动体航行在水下环境，航行速度大于100m/s，所述的获取方法首先进行运动体运动姿态信息的提取；然后获取运动体BTT转弯控制姿态信息，通过对运动体的BTT转弯控制姿态信息进行解耦，分类，将BTT控制信息分解为滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息；分别对滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息中的水动力系数进行估计，得到完整的运动体BTT转弯控制姿态信息。本发明专利技术能够保证水下运行环境中，航行速度大于100m/s的运动体的稳定转弯，使得包裹运动体的气幕保持稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，特别适用于航行在水下环境中的高速运动体的转弯控制，属于运动体动力学及控制、导航领域。
技术介绍
目前，针对航行在水下环境中的运动体控制问题的研究主要是针对纵向运动的，学者们提出了各种控制器的设计方法，取得了ー些成果。对于该类型运动体的侧向运动的控制问题，參考飞机的侧向运动控制及转弯控制，主要有两种策略，分别是传统的侧滑转弯(STT)控制技术和倾斜转弯(BTT)控制技术。世界上大多数飞行器都采用STT转弯控制技木，这种控制技术在飞行器的飞行过程中，保持运动体纵轴相对稳定，控制飞行器在俯仰和偏航两个平面内产生相应法向力，其 合成的法向力指向导引率所要求的方向。STT飞行器的加速度大小与方向的变化是通过迎角和侧滑角的协调变化来完成的，侧滑角的存在使飞行器产生侧向运动，而侧向运动对于有气幕包裹的运动体来说，无疑是导致气幕不稳定的ー个因素，在其稳定航行中，如果产生侧向运动，必须保证气幕的稳定性，这无疑増加了控制难度。BTT转弯控制技术在转弯的过程中，首先操纵滚动通道使飞行器高速旋转，尽快将飞行器的主升力面对准目标；同时俯仰通道飞行器旋转，在主升力面迅速实现导引指令，追踪攻击目标；并且在滚动和俯仰通道运动的同时，控制偏航通道的运动，使飞行器的侧滑角和侧向过载尽可能小，理想的BTT飞行器是没有侧滑的。没有侧滑这一点，对气幕的稳定性是有意义的。
技术实现思路
本专利技术介绍了ー种运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，该方法为运动体BTT转弯自动驾驶仪的设计提供了前提保障。本专利技术中所述的运动体航行在水下环境，航行速度大于100m/S，因此是ー种新型的运动体，航行时，运动体表面被ー层气幕包裹，运动体相当于是在气体中航行。由于运动体在空气中航行的摩擦阻カ远小于运动体在水中的摩擦阻力，从而使运动体的航行速度大幅度提高。然而，由于气幕的包裹使运动体的受カ方式及动力学特性与常规水下运动体有显著的区別，给该运动体动力学特性的研究及控制问题的研究提出了很大的挑战。本专利技术为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，具体步骤如下第一歩，运动体运动姿态信息的提取；所述的运动体姿态信息包括运动体位移、速度、角度姿态、角速度信息。第二步，获取运动体BTT转弯控制姿态信息，包括攻角、侧滑角、纵向过载、法向过载、角速度、角加速度信息。具体内容为对运动体的BTT转弯控制姿态信息进行解耦，分类，最終将BTT控制信息分解为滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息；分别对滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息中的水动カ系数进行估计，得到完整的运动体BTT转弯控制姿态信o所述的水动カ系数包括位置导数、旋转导数、鳍舵导数。本专利技术的优点在于根据本专利技术提供的获取方法得到的完整的运动体的BTT转弯控制姿态信息对运动体进行控制，能够保证水下运行环境中，航行速度大于100m/S的运动体的稳定转弯，使得包裹运动体的气幕保持稳定。附图说明图I是本专利技术提供的运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法流程图；图2是本专利技术中运动体体坐标系示意图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法在具体实施时，先根据建立的运动体坐标系及牛顿运动学方程建立运动体六自由度动力学模型，从所述的动力学模型中提取运动体的运动姿态信息；而后针对BTT转弯的实施策略，结合运动体的运动学方程及攻角与侧滑角的求解方法，实现运动体BTT转弯控制姿态信息的获取；对所获得的BTT转弯控制姿态信息进行分类，解耦，将BTT转弯控制姿态信息分为滚动通道姿态信息和俯仰-偏航通道姿态信息两类；采用经验公式估算法对滚动通道姿态信息和俯仰-偏航通道姿态信息中的位置导数、旋转导数及舵鳍导数进行计算；对得到的完整的双通道运动体BTT转弯控制姿态信息进行开环控制仿真，分析研究双通道BTT控制信息的状态稳定性及可操作性，为运动体BTT转弯自动驾驶仪的设计提供基础。本专利技术的实施过程中由于公式及运算符号较多，采用数值计算软件Mathematic和Matlab编程运算完成，而对于运动体BTT控制信息的稳定性分析部分可利用Simulink软件包完成。如图I所示，为本专利技术提供的运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法流程图，所述的运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法具体通过如下步骤实现第一歩，运动体运动姿态信息的提取根据牛顿第二定律及流体动力学相关知识，从运动体绕重心移动的动力学方程及运动体绕重心转动的动力学方程中，即运动体六自由度运动方程中，提取运动体运动的姿态信息包括运动体位移、速度、角度姿态、角速度信息等。姿态信息提取的原始模型如下 m(u — vr + wq) = R. ni{ v - wp + urj = / ",\^7；iq+；lhFM⑴ J}4 + {1x-h)rP = My Ij + {ly~Ix)pq = Mz式(I)中m为运动体的质量；u、V、w分别为运动体坐标系坐标原点的速度矢量在运动体动坐标系各轴上的分量W、1)、#分别为坐标原点的加速度(速度的ー阶导数)在运动体坐标系各轴上的分量；p、q、r分别为运动体绕自身纵轴、横轴、立轴的转动角速度;P 4、卢分别为运动体绕自身纵轴、横轴、立轴的转动角加速度(角速度的ー阶导数);IX> Iy、Iz分别为运动体关于自身纵轴、横轴、立轴的转动惯量；FX、Fy、Fz分别为运动体受到的合力在运动体坐标系各轴下的分量;MX、My、Mz分别为运动体受到的合力矩在运动体坐标系各轴下的分量，如图2所示，所述的纵轴、横轴、立轴分别对应运动体坐标系的y轴、X轴和z轴。第二步获取运动体BTT转弯控制姿态信息；所述的运动体BTT转弯控制姿态信息包括攻角、侧滑角、纵向过载、法向过载、角速度和角加速度信息。具体获取过程如下(I)根据第一歩中已提取的运动体姿态信息，运用运动体航行过程中的运动学方程，获得运动体攻角及侧滑角航行姿态位置信息；另外，结合运动体法向过载方程，得到运动体BTT转弯控制姿态信息。令u = vx, V = vy, w = vz, p = wx, q = wy, r = Wz,并且，由于攻角 a 和侧滑角 3较小，有权利要求1.一种运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，其特征在于运动体航行在水下环境，航行速度大于lOOm/s，运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法的步骤如下 第一步，运动体运动姿态信息的提取；所述的运动体姿态信息包括运动体位移、速度、角度姿态、角速度信息； 第二步，获取运动体BTT转弯控制姿态信息；对运动体的BTT转弯控制姿态信息进行解耦，分类，将BTT控制信息分解为滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息；分别对滚动通道姿态信息及俯仰-偏航通道姿态信息中的水动力系数进行估计，得到完整的运动体BTT转弯控制姿态信息；所述的水动力系数包括位置导数、旋转导数、鳍舵导数；所述的运动体BTT转弯控制姿态信息包括攻角、侧滑角、纵向过载、法向过载、角速度、角加速度信息。2.根据权利要求I所述的运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，其特征在于所述的运动体运动姿态信息的提取，具体为 根据牛顿第二定律及流体动力学，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法，其特征在于：运动体航行在水下环境，航行速度大于100m/s，运动体BTT转弯控制姿态信息的获取方法的步骤如下：第一步，运动体运动姿态信息的提取；所述的运动体姿态信息包括运动体位移、速度、角度姿态、角速度信息；第二步，获取运动体BTT转弯控制姿态信息；对运动体的BTT转弯控制姿态信息进行解耦，分类，将BTT控制信息分解为滚动通道姿态信息及俯仰？偏航通道姿态信息；分别对滚动通道姿态信息及俯仰？偏航通道姿态信息中的水动力系数进行估计，得到完整的运动体BTT转弯控制姿态信息；所述的水动力系数包括位置导数、旋转导数、鳍舵导数；所述的运动体BTT转弯控制姿态信息包括：攻角、侧滑角、纵向过载、法向过载、角速度、角加速度信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵新华，孙尧，安伟光，赵国良，白涛，韩云涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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