UUV編隊抵近海底偵測的目標(biāo)驅(qū)動隊形優(yōu)化控制研究.pdf

1、UUV編隊在抵近海底執(zhí)行管道檢測、目標(biāo)搜尋等任務(wù)的過程中,不僅需要對其整體系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制,以保證編隊的穩(wěn)定性;同時,也要求對系統(tǒng)中的每個UUV個體進行精確控制。最終,保證編隊系統(tǒng)能夠在協(xié)同工作的同時實現(xiàn)每個個體工作效率的最大化。本論文深入研究了UUV編隊在抵近海底條件下,目標(biāo)驅(qū)動的隊形優(yōu)化控制問題。所謂的目標(biāo)驅(qū)動,是指UUV在執(zhí)行任務(wù)的過程中,根據(jù)待搜尋目標(biāo)所在位置及UUV自身狀態(tài)信息,實時調(diào)整搜索策略,從而快速地鎖定目標(biāo)。論文的主要

2、內(nèi)容如下:
　　1、提出基于“時空解耦”的分散式控制體系結(jié)構(gòu),即將單個UUV的運動控制和多個UUV協(xié)調(diào)編隊任務(wù)解耦。通過設(shè)計單個UUV運動控制器,實現(xiàn)個體在空間上的位姿誤差趨近于零;同時,通過設(shè)計多UUV間的協(xié)調(diào)控制器,實現(xiàn)多個UUV間的協(xié)同控制。
　　2、未知海洋環(huán)境中復(fù)雜的地形會對UUV執(zhí)行任務(wù)的效率造成較大影響。為此,本文將針對海底地形建模進行深入研究。首先,獲取偵測海域內(nèi)已知離散點處的少量數(shù)據(jù)信息。然后,選擇適合偵測

3、區(qū)域構(gòu)建的規(guī)則網(wǎng)格模型。并利用克里金插值法在此規(guī)則網(wǎng)格模型基礎(chǔ)上通過空間插值重建任務(wù)區(qū)域,最終得到準(zhǔn)確的海底地形數(shù)據(jù)信息,并建立偵測區(qū)域三維效果顯示。
　　3、針對未知目標(biāo)的搜尋任務(wù),制定了具體的自主控制策略。首先,通過地形跟蹤在大范圍海域內(nèi)進行目標(biāo)搜尋。為了防止海底地形表面對行進中的UUV產(chǎn)生威脅,采用定高控制策略,控制UUV跟蹤由高程信息生成的定高路徑。然后,當(dāng)某一UUV探測到可疑目標(biāo)后,通知系統(tǒng)內(nèi)其它個體。每個個體調(diào)整相應(yīng)的

4、控制策略,在現(xiàn)有狀態(tài)基礎(chǔ)上,進行整體下潛動作至某一固定高度,再進行隊形收縮,實現(xiàn)快速地鎖定目標(biāo)。
　　4、分別設(shè)計路徑跟蹤控制器與協(xié)調(diào)編隊控制器,并進行隊形優(yōu)化控制研究。采用基于反步法的自適應(yīng)滑模控制算法設(shè)計路徑跟蹤控制器;將反演法、滑?？刂扑惴白赃m應(yīng)控制理論相結(jié)合,以實現(xiàn)對單個UUV精確的路徑跟蹤控制。采用改進的人工勢場法設(shè)計協(xié)調(diào)編隊控制器;根據(jù)個體之間實際間距與期望間距的誤差,獲得作用于UUV個體的虛擬勢場力,并通過調(diào)節(jié)各U