無人水下自主航行器（AUV）避碰研究.pdf

1、本文的核心是設(shè)計(jì)AUV的避碰算法。 首先，介紹AUV的分類、現(xiàn)狀和在海洋研究、開發(fā)和軍事活動(dòng)中的應(yīng)用，介紹了路徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)避碰控制研究現(xiàn)狀。 接著，利用分層遺傳算法，給出路徑規(guī)劃。其中把環(huán)境模型設(shè)置成一個(gè)16×16的網(wǎng)格正方形，每個(gè)網(wǎng)格邊長(zhǎng)為1，網(wǎng)格中存在一些障礙物，有兩種形式：仿真漂浮和沉船障礙物。對(duì)于兩種障礙物形式，利用分層遺傳算法，分別給出了從起點(diǎn)到終點(diǎn)但不能穿越障礙物的最優(yōu)避碰路徑。 然后，建立二維垂直平

2、面內(nèi)AUV“REMUS”狀態(tài)控制方程，在其中加入海流效應(yīng)，狀態(tài)量包括垂直相對(duì)速度、俯仰角速度、俯仰角、深度?？刂扑惴ㄊ腔诶顏喥罩Z夫二次型最優(yōu)化的反饋控制算法，并設(shè)置了前視聲吶海底仿真信息。實(shí)時(shí)避碰控制算法包括兩方面內(nèi)容：實(shí)時(shí)避碰算法和控制算法。在離散時(shí)間系統(tǒng)中，初始化AUV狀態(tài)，在每一個(gè)仿真時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在實(shí)時(shí)避碰算法中，根據(jù)前視聲吶探測(cè)窗口內(nèi)海底仿真信息，計(jì)算得到下一時(shí)刻深度輸入值，即深度目標(biāo)值，當(dāng)沒有障礙物的情況下，確保深度輸入為海底

3、之上3m，當(dāng)發(fā)現(xiàn)障礙物的情況下，AUV的深度輸入隨障礙物高度提前變化，確保AUV與障礙物之間最小距離為3m；在控制部分中，把上一時(shí)刻狀態(tài)量作為下一時(shí)刻狀態(tài)初始量，對(duì)該深度輸入值進(jìn)行響應(yīng)，不斷循環(huán)得到仿真所有時(shí)刻的狀態(tài)量。對(duì)不同海流情況下矩形和不規(guī)則障礙物，利用三種深度輸入形式，進(jìn)行了避碰仿真。仿真結(jié)果表明：不同深度輸入形式，對(duì)于不同障礙物的避碰效果不同，對(duì)于不規(guī)則多障礙物，選擇適合深度輸入形式，進(jìn)行了仿真，能夠達(dá)到避碰目的。最后，結(jié)合路

4、徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)避碰控制兩方面內(nèi)容。當(dāng)沒有新的障礙物出現(xiàn)或障礙物高度小于原來路徑規(guī)劃中的已知障礙物時(shí)，AUV追蹤規(guī)劃路徑，即把路徑規(guī)劃深度作為深度輸入，最優(yōu)化控制算法對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)；當(dāng)出現(xiàn)新的障礙物且其高度大于路徑規(guī)劃中的已知障礙物時(shí)，實(shí)時(shí)避碰控制算法開始運(yùn)行，給出新的深度輸入，AUV對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)，避開障礙物后，AUV重新追蹤原來的規(guī)劃路徑。通過四種仿真情況，可以看出結(jié)合路徑規(guī)劃的實(shí)時(shí)避碰控制算法，對(duì)于周圍障礙物信息不完全清楚的情況下，能夠保