【技术实现步骤摘要】
一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法
本专利技术涉及多自主式水下潜器AUV(AutonomousUnderwaterVehicle)水下编队控制方法，尤其涉及一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法。
技术介绍
多AUV的编队控制是指在AUV之间通过建立通信控制策略,使得多AUV系统协同完成指定的复杂任务,实现预期编队，并在之后的运动中实现避碰和避障。目前常用的水下机器人编队控制方法有：领航跟随法、基于行为法、虚拟结构法、基于图论法和人工势场法。在不同的环境中，每一种编队方法都拥有其自身的优点和缺点。其中领航跟随法是使用较多的控制方法。领航跟随法的优点在于只需要控制领航者即可控制编队，且数学分析简单，通信压力较小，容易保持队形；但缺点是容错率不高，一旦领航者出现故障，则整个系统就会瘫痪，当领航AUV运动过快，也会使跟随AUV难以及时跟踪，也使队形难以稳定，协同任务无法继续进行。基于行为法通过行为的组合实现编队功能的多样化，但缺点是无法准确地描述系统的整体行为，难以进行理...
【技术保护点】
1.一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：/n步骤(1)：采用基于改进人工势场法的水下航行器的实时路径规划方法进行规划；/n步骤(2)：建立切换系统模型，其由状态切换机制和控制部分组成，然后定义编队行为，设计状态切换机制，设置编队状态阙值矩阵；/n步骤(3)：在改进人工势场法的基础上设计姿态调整机制，调整各个AUV的姿态至期望姿态。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
步骤(1)：采用基于改进人工势场法的水下航行器的实时路径规划方法进行规划；
步骤(2)：建立切换系统模型，其由状态切换机制和控制部分组成，然后定义编队行为，设计状态切换机制，设置编队状态阙值矩阵；
步骤(3)：在改进人工势场法的基础上设计姿态调整机制，调整各个AUV的姿态至期望姿态。
2.根据权利要求1所述的基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：步骤(1)包括以下内容：
步骤(1.1)：根据AUV的运动空间建立一个人工势场，建立每个AUV的自然坐标系，而后建立大地坐标系，其中，(x0，y0)为目标位置在大地坐标系下的坐标；
步骤(1.2)：建立目标点的引力势场函数以及障碍物的斥力势场函数
其中，α为引力增益系数；m0是单个障碍物影响的最大距离；m＝|X-X0|为AUV与障碍物的最短距离；
并得到引力函数Fatt＝-grad(Uatt)＝α(X0-X)；
和斥力函数
其中β为斥力增益系数；
步骤(1.3)：将AUV与目标之间的距离的高次幂，以及AUV和障碍物之间的相对速度、相对加速度引入到斥力势场函数，使得整个势场中在目标点处全局最小，得到改进后的斥力势场函数，所述改进后的斥力势场函数为
其中β1、β2、β3为斥力增益系数，(X-X0)n是AUV的目标位置的距离的高次幂，vro(t)是某一时刻AUV和障碍物的相对速度，aro(t)是该时刻AUV与障碍物的相对加速度；
AUV根据由改进人工势场法得到的合力的方向和自身行驶速度计算下一时刻自身和跟随AUV的轨迹坐标，完成实时局部路径规划。
3.根据权利要求1所述的基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：步骤(2)包括以下内容：
步骤(2.1)：建立切换系统模型，将领航跟随法、基于行为法、虚拟结构法和改进人工势场法分别进行模块化处理，并将控制部分分为策略控制和AUV控制两部分；
步骤(2.2)：定义多AUV的编队基础行为：①编队组建；②编队前进；③变形；④编队避障；
步骤(2.3)：设计状态切换机制，设定阙值矩阵，用于与差值矩阵进行比较，状态切换机制通过多AUV编队的实时矩阵与期...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩乾，田亚威，韩亦鸣，郑文豪，孙世安，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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