The multi AUV distributed cooperative tracking control method based on the uncertain sea current disturbance, including: establishing the AUV kinematics model and the dynamic model with the uncertain sea current disturbance, initializing the system state, sampling time and control parameters; designing the path tracking controller based on the Serret leader Frenet method by leader AUV; The kinematic controller of the follower AUV distributed formation is made to make it more suitable for underwater communication environment. The stability analysis of the input state is carried out for the kinematic controllers designed by the leaders and followers, and the distributed movement formation control is formed by the multi AUV system, and a multi AUV system with the compensation term of the uncertain current disturbance is proposed. The system dynamics controller. The invention provides a cooperative tracking control method based on the multi AUV distributed formation control platform, which can effectively reduce the amount of information of the controller. At the same time, it avoids the influence of the uncertain sea current disturbance by using the neural network method, and lays the key foundation for the early warning and prediction of marine disasters and the marine environment protection.
【技术实现步骤摘要】
基于不确定海流扰动下的多AUV分布式协同跟踪控制方法
本专利技术涉及多AUV分布式编队控制领域,尤其涉及一种基于不确定海流扰动下的多AUV分布式协同控制方法。
技术介绍
随着当前世界人口剧增、环境恶化、陆地资源日趋枯竭,人类越来越认识到开发利用丰富的海洋资源是人类社会生存和持续发展的物质基础和环境条件。海平面以下压力巨大,作业环境恶劣,人们需要借助自主式水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)来进行海洋探测、开发以及完成各类水下作业。AUV的主要特点就是它们可以在复杂的海洋环境中,无需人类干预自主的完成导航、避障、发现目标以及完成作业等一系列任务。因此,对AUV的研究不仅有重要的经济意义,在军事领域也有迫切需要。目前,各海洋大国的许多大学和研究机构都投入了大量的人力和物力,用于研究和开发自主式水下航行器。随着海洋作业复杂性的不断提高,由于单个AUV在工作范围、工作时间、测量能力等方面的局限性,多AUV协同作业具有更好的应用前景。不同于陆地与空中的航行器编队,多AUV在编队控制中需要克服一系列的问题,如水下定位不精确,测量及通讯距离有限,AUV动力学模型复杂等。这些问题不仅影响着编队控制的性能,同时还影响了系统的稳定性,因此,需要设计针对水下通讯环境的多AUV编队控制器。除此之外,多AUV在水下过程中,必然遇到具有不确定因素的海流扰动,在海流干扰存在的和进行曲线路径跟踪时会严重影响路径跟踪控制性能。现如今,多AUV协同控制还有很大的研究空间等待着科研人员的探索,其中路径跟踪与编队控制是目前的研究热点之一,也是体现AUV智能 ...
【技术保护点】
1.基于不确定海流扰动下的多AUV分布式协同跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立AUV运动学模型以及带有不确定海流扰动下的动力学模型,初始化系统状态、采样时间以及控制参数;1.1 AUV的运动学模型表达形式为:
【技术特征摘要】
1.基于不确定海流扰动下的多AUV分布式协同跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,建立AUV运动学模型以及带有不确定海流扰动下的动力学模型,初始化系统状态、采样时间以及控制参数;1.1AUV的运动学模型表达形式为:其中,ι为虚数单位;下标i代表第i个AUV,i=1,2,...,n,n为AUV的个数;zi=xi+ιyi为第i个AUV在惯性坐标系下的坐标;为第i个AUV在惯性坐标系下航向角,且满足时间t趋向于无穷大时,i=1,2,φ为常数;vi=[ui,ri]T是运动学系统的控制输入,ui,ri分别代表第i个AUV的前进速度与首摇角速度;在整个运动过程中,i=1,2为领导者AUV,相互独立;其余i=3,...,n为跟随者AUV。1.2带有不确定海流扰动下的AUV的动力学模型表达形式为其中,为第i个AUV的包含附加质量的广义质量矩阵;为第i个AUV阻尼矩阵;vri=[urirri]T为第i个AUV的实际的前进速度与首摇角速度组成的速度矩阵;τi=[FiΓi]T为动力学系统的控制输入;τwi=[τwuiτwri]T为动力学系统中未知的时变海流扰动向量;m和Iz分别为AUV的质量和惯性矩阵;和分别为AUV平动附加质量与转动附加质量;Xuu和Nr分别为AUV平动粘性水动力系数与转动粘性水动力系数;Fi和Γi分别为第i个AUV的前向推力与转艏力矩;τwui和τwri分别为第i个AUV的平动方向的海流扰动与转动方向的海流扰动。步骤2,设计领导者AUV基于Serret-Frenet方法的路径跟踪控制器;2.1由于2个领导者相互独立,其路径跟踪控制器设计思路一致,为简化,以下以单个领导者控制器设计为例。单个领导者AUV的跟踪误差为其中,是领导者在惯性坐标系下的广义位置向量;是给定路径上虚拟点κ的广义位置向量;为从惯性坐标系到以点κ为原点的Serret-Frenet坐标系的旋转矩阵;2.2对式(3)求导可得其中,Cc(s)为给定运动路径在点κ的曲率;s为给定运动路径参数变量;u和r为领导者AUV的前进速度与首摇角速度;2.3定义接近角为其中,kδ>0为常数;为常数;ye满足yesinδ(ye)<0;2.4路径跟踪器控制器的输入[ur]T和路径参数变量的变化率为:其中,ν0,k1,k2都为常数,且k1>0和k2>0;步骤3,提...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘妹琴,施琳琳,张森林,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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