一种基于人工势场法的水下编队控制方法、系统及介质技术方案

本申请提出了一种基于人工势场法的水下编队控制方法，包括：S1、确定水下AUV编队的编队信息；S2、根据领航者AUV的自身位置和所述编队信息，计算所述编队队形对应的各个虚拟目标点，并向跟随者AUV发送运动状态信息，以使所述跟随者AUV跟随所述领航者AUV向对应的所述虚拟目标点移动；S3、所述水下AUV编队中的各个AUV判断是否遇到障碍物，若遇到障碍物且陷入局部极小值情况，则执行步骤S4；若遇到障碍物且陷入局部振荡情况，则执行步骤S5；S4、提供与当前AUV受到的合力方向相垂直的逃逸力；S5、在当前AUV受到来自于障碍物的斥力中引入旋转因子。本申请利用改进的人工势场法，使得AUV在遇到障碍物时可以摆脱局部极小值和局部振荡的情况，达到编队形成的任务。达到编队形成的任务。达到编队形成的任务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工势场法的水下编队控制方法、系统及介质


[0001]本申请涉及集群编队
，具体涉及一种基于人工势场法的水下编队控制方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]自主水下航行器(AUV)是一种可以在没有操作者的情况下完成水下任务的智能机器人。近年来，它在军事和民用领域得到了广泛的应用。但是随着海洋探索的深入，在大范围、高时效性的海洋任务中，单个AUV往往是很难完成任务的。在这种需求背景下，多AUV协同作业系统的研究已被列入各国科研机构的研究计划。多AUV系统的编队协作技术使集群内各AUV相互协作，共同完成任务。
[0003]现阶段，AUV集群在路径跟踪、编队控制和协同围捕等问题上都有着大量的研究，而队形控制是编队控制问题中的一个关键问题，其目的是使集群AUV形成并保持特定的几何队形，以适应或满足特定环境下的工作任务。现有的编队控制方法主要有：虚拟结构方法、基于行为的方法、领导者
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跟随者方法和基于人工势场法等等。然而队形控制问题往往伴随着避障和碰撞问题。与此同时，集群AUV在避开障碍物后，必须保持编队队形。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工势场法的水下编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定水下AUV编队的编队信息，所述编队信息包括期望的编队队形和领航者
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跟随者的编队模式；S2、根据领航者AUV的自身位置和所述编队信息，计算所述编队队形对应的各个虚拟目标点，并向跟随者AUV发送运动状态信息，以使所述跟随者AUV跟随所述领航者AUV向对应的所述虚拟目标点移动，从而到达所述编队队形的期望位置并保持队形；S3、所述水下AUV编队中的各个AUV判断是否遇到障碍物，若遇到障碍物且陷入局部极小值情况，则执行步骤S4；若遇到障碍物且陷入局部振荡情况，则执行步骤S5；S4、提供与当前AUV受到的合力方向相垂直的逃逸力，以使当前AUV逃离所述局部极小值情况；S5、在当前AUV受到来自于障碍物的斥力中引入旋转因子，以使当前AUV绕过障碍物做圆周运动，逃离所述局部振荡情况。2.根据权利要求1所述的基于人工势场法的水下编队控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：定义所述虚拟目标点对AUV产生的引力势场，所述引力势场的负梯度为所述虚拟目标点对AUV的引力F
att
，引力方程F
att
(q,t)定义如下：F
att
(q,t)＝ξ||ρ(q,t)||
·
n
t
+F
ex
(q)
·
κ其中，ξ是引力势场尺度因子，||ρ(q,t)||是目标点与AUV之间的距离，是目标点到AUV的单位矢量，F
ex
(q)是瞬时的垂直逃逸力；若当前AUV陷入所述局部极小值情况，则κ取1，从而施加所述逃逸力F
ex
(q)。3.根据权利要求1所述的基于人工势场法的水下编队控制方法，其特征在于，所述步骤S5中所述旋转因子的引入过程具体包括：定义障碍物对AUV产生的斥力势场，所述斥力势场的负梯度为AUV所受的障碍物的斥力F
reps
，斥力方程F
reps
(q,o)定义如下：其中，U
reps
(q)是斥力势场方程，||ρ(q,o)||是障碍物...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪良坡，孙海信，谭智诚，齐洁，洪少华，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：