受通訊距離約束的UUV編隊(duì)控制方法研究.pdf

1、水下無人航行器(UUV-Unmanned Underwater Vehicle)的研究在海洋資源開發(fā)中扮演了不可或缺的角色,同時(shí)也具有重要的軍事意義。而多UUV編隊(duì)控制系統(tǒng)由于其諸多優(yōu)點(diǎn)成為UUV領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。本文正是針對(duì)這一問題,研究了受通訊距離約束的UUV編隊(duì)控制方法,主要做了以下幾方面的工作:
　　 首先,通過對(duì)UUV體系結(jié)構(gòu)的探討和分析設(shè)計(jì)了一種適用于本課題的分層混合式體系結(jié)構(gòu)。將系統(tǒng)分為四層:感知層、協(xié)調(diào)規(guī)劃

2、層、控制處理層和執(zhí)行層。并分別對(duì)每層的功能進(jìn)行了分析和說明。最后結(jié)合本課題,對(duì)所設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)行方式進(jìn)行了探討。
　　 其次,對(duì)UUV的水聲通信方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過對(duì)水聲傳播特性,水聲網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分層方法的分析,依據(jù)多UUV編隊(duì)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了適合于本系統(tǒng)的水聲通信網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議。此方法引入了通信權(quán)值的概念,根據(jù)所設(shè)計(jì)的模型將UUV間的通信數(shù)值化,使UUV能非常直觀的選擇路由序列,達(dá)到UUV間快速、準(zhǔn)確傳遞信息的目的。

3、
　　 再次,基于所設(shè)計(jì)的通信方法對(duì)多UUV編隊(duì)控制方法和避障方法進(jìn)行了研究和仿真。通過對(duì)人工勢(shì)場(chǎng)法優(yōu)缺點(diǎn)的分析,得出了一種改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)模型。這種改進(jìn)的模型能夠很好的避免傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法中出現(xiàn)的極小值點(diǎn),克服了斥力影響引力導(dǎo)致目標(biāo)點(diǎn)不可達(dá)的問題。然后將這種改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)模型應(yīng)用到多UUV編隊(duì)控制系統(tǒng)的編隊(duì)控制和避障研究中,分別對(duì)編隊(duì)控制和避障中面臨的各個(gè)問題進(jìn)行逐一分析。并通過隊(duì)形保持、隊(duì)形變換、避障等仿真案例驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的改進(jìn)

4、人工勢(shì)場(chǎng)模型能夠很好的控制整個(gè)多UUV編隊(duì)控制系統(tǒng),使其順利完成編隊(duì)避障的任務(wù)。
　　 最后,應(yīng)用編隊(duì)控制方法和通信方法對(duì)多UUV路徑跟蹤方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真。通過一個(gè)未加路徑跟蹤控制器的S曲線案例闡述了路徑跟蹤的重要性,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了反步法,應(yīng)用反步法對(duì)路徑跟蹤控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì),建立了合適的誤差跟蹤函數(shù),并應(yīng)用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論證明所設(shè)計(jì)的路徑跟蹤控制器為漸進(jìn)穩(wěn)定。通過仿真實(shí)驗(yàn),成功的對(duì)多UUV編隊(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了編隊(duì)控