有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法技术

有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法，它属于多自主式水下航行器的协调控制技术领域。本发明专利技术解决了在随机切换拓扑和编队队形变换时，现有控制方法的鲁棒性和稳定性差的问题。本发明专利技术在有向切换拓扑和变换编队队形情况下，通过反馈线性化方法将AUV运动学模型和动力学模型转化为二阶积分器形式，并在控制算法中加入水下航行器之间的相对位置信息和速度阻尼器，形成编队队形控制律。多AUV编队收敛速度提高，可以形成稳定的编队队形的速度更快，在切换拓扑和队形变换的情况下，控制器可以保持很好的稳定性和鲁棒性，多AUV系统可以收敛到期望位置。本发明专利技术可以应用于对多自主式水下航行器的协调控制。水下航行器的协调控制。水下航行器的协调控制。

【技术实现步骤摘要】
有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法


[0001]本专利技术属于多自主式水下航行器的协调控制
，具体涉及有向切换拓扑下多AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器)编队队形一致性控制方法。

技术介绍

[0002]自主水下航行器利用其搭载的各种传感器模块和其他任务模块，在水下资源勘测，水下扫雷，情报搜集等军事和民用领域起着重要的作用。随着执行海洋任务的难度增加，执行任务的环境变得更加复杂，单水下航行器体现出了执行任务效率低、工作范围小、系统冗余性差等不可避免的局限性。为了解决上述问题，多航行器协同执行任务成了发展的必然方向。多水下航行器协同执行任务可以增加系统的冗余性和鲁棒性，降低完成任务的成本，提高工作效率。
[0003]近些年来，许多科研人员提出了适用于不同模型的先进编队控制方法，其中更多的是将动力学模型抽象为一阶积分器，实际中，动力学模型抽象为二阶积分器更加真实。文献(CUI Rongxin,GE Sam Shuzhi,BernardVoon Ee How,et al.Lead本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤一、定义用于描述多AUV之间通信拓扑关系的有向图；步骤二、基于反馈线性化方法，将AUV的运动学方程和动力学方程线性化为二阶积分形式的反馈线性化动态模型；步骤三、利用有向图表示的AUV之间通信拓扑关系和二阶积分形式的反馈线性化动态模型，设计有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制器；步骤四、基于步骤三中的控制器，得到每个AUV的闭环控制形式。2.根据权利要求1所述的一种有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：将每个AUV作为有向图的一个顶点，有向图记为G＝(V,ε,C)，其中，V代表全部顶点的集合，V＝{v1,v2,
…
,v
n
}，n为编队内AUV的个数，(v
i
,v
j
)∈ε，ε代表顶点之间边的集合，(v
i
,v
j
)表示由顶点v
i
和v
j
构成的有向边，顶点v
j
接收顶点v
i
的信息，v
i
称为边的父顶点，v
j
称为边的子顶点，C为邻接矩阵；邻接矩阵C满足：对于若i＝j，则c
ij
＝0，若i≠j且集合ε中存在有向边(v
i
,v
j
)，则c
ij
＝1，否则c
ij
＝0。3.根据权利要求2所述的一种有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法，其特征在于，所述AUV的运动学方程为：式中，为η的一阶导数，表示位置状态和欧拉角状态，ξ0为AUV的北向坐标，η0为AUV的东向坐标，ζ0为AUV的纵向坐标，θ为AUV的纵倾角，ψ为AUV的艏向角，代表实数域，表示速度的状态，u0为AUV的北向速度，v0为AUV的东向速度，w0为AUV的纵向速度，q为AUV的纵倾角速度，r为AUV的艏向角速度，J(η)为AUV从运动坐标系到固定坐标系下的雅可比矩阵。4.根据权利要求3所述的一种有向切换拓扑下多AUV编队队形一致性控制方法，其特征在于，所述AU...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勋，周立广，邢文，郑岩，吴迪，张宏瀚，徐健，陈涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：