一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法，此方法既可以克服传统领航

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，涉及一种多水下航行器编队控制的编队控制方法。具体为在实际控制中针对大通信周期的AUV编队系统进行状态预测，进而使估计出的状态值更接近真实值，达到编队避障及队形保持等控制指标。

技术介绍

[0002]自主式无人水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为一种替代人类进行探索与开发深海的水下作业工具，以诸多突出优点成为了各国科研人员的研究热点。由于不需要系缆进行信号传输，AUV的活动范围极大扩大，不需要庞大的水面支持，且入水后无需人为干预，AUV可以完成海底探测、自主侦察、反水雷作战、水下干扰等诸多任务。随着应用范围不断扩大，单个AUV执行较大规模任务时效率较低甚至无法完成，因此多水下航行器协同作业成为了一种新的应用形式，得到了更普遍的关注。
[0003]从控制方法而言，现有的编队方法可分为领航跟随者法、人工势场法、虚拟结构法、基于行为法、基于图论法和强化学习法。其中采用领航跟随者法、虚拟结构法和基于行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在t
c
时刻，使用上一时刻t
c
‑1计算出的最优控制输入作为下一控制周期的初始控制输入，使用当前观测到的状态向量作为下一个控制周期的初始状态；步骤2：通过通信或者上一控制时刻的信息进行邻域AUV的确定；步骤3：若当前时刻为通信时刻，则将当前时刻t
c
的状态向量观测值与下一控制周期的估计控制序列打包，与邻近各AUV进行信息交换；若当前不是通信时刻，则直接进行步骤4；步骤4：通过通信交互或者由上一控制周期估计得到相邻AUV状态信息之后，在每一个控制步长对邻域AUV进行状态估计，对邻近AUV的状态向量进行预测，然后将对邻近AUV预测得到的状态信息代入自身代价函数中，求解相应步长的最优控制序列；步骤5：根据步骤4求解出的最优控制序列，取第一个步长的控制量作为输出传送到执行器进行控制，然后令c＝c+1，更新控制步长。2.根据权利要求1所述的一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法，其特征在于：步骤3具体如下：在当前时刻通过传感器以及观测器对系统状态进行采样，同时通过式(3.1)求得估计控制向量控制向量其中，T
p
为控制周期，表示在t
c
‑1时刻计算出的最优控制序列；表示时刻s＝t
c
‑1+T
p
的最优控制输入，作为接下来一个控制序列的控制输入；将上面所述控制向量和观测到的状态序列与邻近AUV进行信息交互。3.根据权利要求1所述的一种基于改进式分布式模型预测的大通信周期AUV编队方法，其特征在于：步骤4中对邻近AUV的状态向量进行预测具体如下：在使用相邻AUV传输的估计控制序列时，加入状态量中的速度信息，具体表达如式(3
‑
2)其中，T
p
为控制周期，t
kh
为大周期通信模式时的采样时刻，h为采样周期，k＝1,2,
…
,N表示当前更新为第k个采样周期，为上一控制周期的估计速度，可以用来计算接下来N个步长所缺失的估计控制向量；有了上述相邻AUV的信息，MPC子控制器将相关信息代入优化函数式(3.3)其中，z
‑
i
(s；t
c
)为控制器收到的相邻AUV状态值，除了以上的优化函数，控制器计算过程中还需要保证系统满足以下条件及约束z
i
(s；t
c
),z
‑
i
(s；t
c
)∈Z
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.4.1)u
i
(s；t
c
)∈U
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3.4.2)z
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：高剑，陈依民，韩奋祥，张福斌，潘光，张立川，张飞虎，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：