大连理工大学于大鹏获国家专利权
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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121671808B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610191868.7,技术领域涉及:B63B35/68;该发明授权基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统是由于大鹏;王梦茹;张天翔;冯蓉;陈云飞设计研发完成,并于2026-02-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统在说明书摘要公布了:基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统,其属于水下航行器运动控制与海洋工程装备技术领域。该系统包括水下拖曳平台、姿态感知单元、尾翼攻角反馈单元、双闭环控制器及电动伺服执行单元。该系统计算期望姿态角与实际姿态角的偏差,经由PID控制算法解算输出期望尾翼攻角指令,并对指令进行角度限幅保护;再利用轴编码器获取实时尾翼攻角反馈,将尾翼攻角偏差输入伺服放大器,驱动直流电机与减速箱精准调节水平尾翼的偏转角度,实现拖鱼姿态的闭环修正。本发明通过串级PID控制策略与尾翼攻角位置物理反馈的结合,具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性强及抗干扰能力优异的特点,适用于复杂海况下的水下拖曳探测与作业设备。
本发明授权基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统在权利要求书中公布了:1.基于尾翼攻角位置反馈的水下拖鱼姿态双闭环控制系统,其特征在于,包括拖曳母船、二级拖曳连接机构及水下拖鱼,所述水下拖鱼内部搭载有姿态感知单元、控制单元、尾翼攻角反馈单元及伺服执行单元;所述控制系统的控制方法包括以下步骤: S1、通过搭载于水下拖鱼内部的姿态感知单元,实时采集拖鱼在水下运动过程中的实际姿态角信息,包括俯仰角、横滚角及航向角; S2、构建姿态外环控制回路:将设定的期望姿态角与步骤S1获取的实际姿态角进行比较,计算姿态偏差,控制单元根据该偏差通过PID控制算法解算,输出用于修正姿态的期望尾翼攻角指令; S3、对步骤S2输出的期望尾翼攻角指令进行安全限幅处理,确保输出的指令值位于机械结构的有效行程范围内; S4、构建尾翼攻角内环控制回路:通过尾翼攻角反馈单元实时采集尾翼相对于拖鱼轴线的偏转角度,将步骤S3处理后的期望尾翼攻角与当前反馈的几何攻角进行比较,计算尾翼攻角偏差; S5、基于尾翼攻角偏差驱动伺服执行单元,带动拖鱼尾翼偏转至目标尾翼攻角,改变尾翼相对于水流的有效攻角,进而通过流体动力效应产生升力与俯仰力矩,该力矩克服外部干扰力矩并驱动拖鱼绕质心转动,从而修正拖鱼的实际姿态角,形成尾翼攻角位置反馈与姿态角反馈的物理与逻辑耦合闭环,直至实际姿态角与期望姿态角一致; 所述双闭环控制系统通过机电-流体耦合机制实现姿态稳定:所述控制单元的PID参数基于拖鱼的水动力导数设定,所述水动力导数包括升力曲线斜率和力矩曲线斜率;所述耦合机制为姿态外环的输出决定尾翼的期望流体攻角,而尾翼攻角内环的执行精度决定实际流体攻角的准确度;通过尾翼偏转改变攻角所引发的非线性水动力矩变化,将尾翼攻角位置的物理变量实时映射为拖鱼姿态的空间变量,实现内环执行与外环感知的双向耦合控制; 所述二级拖曳连接机构包括主拖缆、压载器及副拖缆;主拖缆一端连接拖曳母船的绞车,另一端连接压载器;副拖缆一端连接压载器,另一端连接水下拖鱼的拖曳点;所述压载器用于隔离母船通过主拖缆传递的升沉扰动,通过副拖缆实现拖鱼的柔性牵引; 所述姿态感知单元为垂直陀螺仪,用于实时反馈拖鱼的俯仰角;所述步骤S2中的PID控制算法具体公式为: ; 其中,为期望尾翼攻角,为期望姿态角与实际姿态角的差值,、、分别为比例、积分及微分系数。
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