受通訊距離約束的UUV編隊控制方法研究.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,同時也具有重要的軍事意義。而多UUV編隊控制系統(tǒng)由于其諸多優(yōu)點成為UUV領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。本文正是針對這一問題,研究了受通訊距離約束的UUV編隊控制方法,主要做了以下幾方面的工作:
　　 首先,通過對UUV體系結(jié)構(gòu)的探討和分析設(shè)計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。并分別對每層的功能進行了分析和說明。最后結(jié)合本課題,對所設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)的運行方式進行了探討。
　　 其次,對UUV的水聲通信方法進行了設(shè)計。通過對水聲傳播特性,水聲網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和分層方法的分析,依據(jù)多UUV編隊控制系統(tǒng)的特點設(shè)計了適合于本系統(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,達到UUV間快速、準確傳遞信息的目的。

3、
　　 再次,基于所設(shè)計的通信方法對多UUV編隊控制方法和避障方法進行了研究和仿真。通過對人工勢場法優(yōu)缺點的分析,得出了一種改進的人工勢場模型。這種改進的模型能夠很好的避免傳統(tǒng)人工勢場法中出現(xiàn)的極小值點,克服了斥力影響引力導(dǎo)致目標點不可達的問題。然后將這種改進的人工勢場模型應(yīng)用到多UUV編隊控制系統(tǒng)的編隊控制和避障研究中,分別對編隊控制和避障中面臨的各個問題進行逐一分析。并通過隊形保持、隊形變換、避障等仿真案例驗證了所設(shè)計的改進

4、人工勢場模型能夠很好的控制整個多UUV編隊控制系統(tǒng),使其順利完成編隊避障的任務(wù)。
　　 最后,應(yīng)用編隊控制方法和通信方法對多UUV路徑跟蹤方法進行了設(shè)計和仿真。通過一個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)上詳細介紹了反步法,應(yīng)用反步法對路徑跟蹤控制器進行了設(shè)計,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)計的路徑跟蹤控制器為漸進穩(wěn)定。通過仿真實驗,成功的對多UUV編隊控制系統(tǒng)進行了編隊控