水下航行器編隊(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與穩(wěn)定性研究.pdf

1、多水下航行器編隊(duì)觀測(cè)是實(shí)現(xiàn)海洋長(zhǎng)時(shí)續(xù)、大尺度監(jiān)測(cè)的有效手段，編隊(duì)觀測(cè)獲取的同時(shí)刻不同點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)可極大的提高海洋環(huán)境模型的精度。水下航行器編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與協(xié)調(diào)控制是實(shí)現(xiàn)多水下航行器編隊(duì)觀測(cè)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也是海洋動(dòng)態(tài)自適應(yīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建理論的重要分支。本文針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的海洋監(jiān)測(cè)和探測(cè)任務(wù)，對(duì)水下航行器編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與協(xié)調(diào)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。通過在編隊(duì)的個(gè)體之間建立勢(shì)能場(chǎng)，將水下航行器編隊(duì)系統(tǒng)視為一個(gè)多體系統(tǒng)，利用人工勢(shì)能場(chǎng)和Kane方法實(shí)

2、現(xiàn)了水下航行器編隊(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并仿真驗(yàn)證了多質(zhì)點(diǎn)模型編隊(duì)系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃和多剛體模型編隊(duì)系統(tǒng)的方位同步，同時(shí)利用能量方法分析了旋轉(zhuǎn)剛體編隊(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　根據(jù)水下航行器個(gè)體特征和海洋監(jiān)測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)，將水下航行器編隊(duì)系統(tǒng)視為一個(gè)多剛體系統(tǒng)。通過在編隊(duì)系統(tǒng)個(gè)體間建立間距勢(shì)能場(chǎng)和方位勢(shì)能場(chǎng)，形成了個(gè)體間的虛擬力約束，構(gòu)建了水下航行器多剛體編隊(duì)系統(tǒng)。
　　采用人工勢(shì)能場(chǎng)與多體動(dòng)力學(xué)方法實(shí)現(xiàn)水下航

3、行器編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。將水下航行器視為質(zhì)點(diǎn)，可將水下航行器多剛體編隊(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為“質(zhì)點(diǎn)系編隊(duì)”。采用主從式控制方法協(xié)調(diào)編隊(duì)內(nèi)的個(gè)體，并用Kane方法求解水下航行器編隊(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)水下航行器編隊(duì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。
　　基于人工勢(shì)能場(chǎng)與多體動(dòng)力學(xué)理論，建立了水下航行器編隊(duì)系統(tǒng)的“多剛體系統(tǒng)”動(dòng)力學(xué)模型。在此模型的基礎(chǔ)上，完成了忽略移動(dòng)自由度即僅考慮轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的“旋轉(zhuǎn)剛體編隊(duì)”的協(xié)調(diào)仿真。
　　針對(duì)旋轉(zhuǎn)剛體組成的編隊(duì)，提出了一種基于