一种分布式异构多制造技术

本发明专利技术提供一种分布式异构多

【技术实现步骤摘要】
一种分布式异构多UUV协同控制模块及协同控制系统


[0001]本专利技术属于多水下无人航行器协同控制
，涉及一种分布式异构多
UUV
协同控制模块及协同控制系统
。

技术介绍

[0002]具有自主规划
、
感知与导航等能力的水下无人航行器
(Unmanned Underwater Vehicle
，
UUV)
是海洋科学考察
、
海洋开发利用与保卫海洋安全的有利工具
。
但是由于作业范围
、
作业能力的限制，单
UUV
已经无法胜任日益复杂的海洋任务
。
多
UUV
系统因其较高的冗余性
、
容错性以及鲁棒性，可增大水下侦察搜索范围，提高反应速度与协同效果
。
[0003]多
UUV
协同控制系统
(
亦称多
UUV
系统
、UUV
集群系统
)
可分为同构协同控制系统和异构协同控制系统
。
同构系统中各
UUV
平台结构一致
、
性能一致
、
输入输出接口一致，协同控制较为简单，目前已经取得了较多研究成果；随着研究的深入以及需求多元化，由单一类型
UUV
平台组成的集群系统已经无法完成多元化任务，因此，异构多
UUV
协同控制系统被广泛关注
。
[0004]异构系统中存在不同类型的
UUV
，这些
UUV
往往结构不统一
、
性能不统一
、
输入输出接口也没有统一标准的协议，更没有可供解析的统一标准指令集，这给多
UUV
协同控制系统的设计与应用带来了挑战
。
一是面向结构不一致
、
性能不一致
、
控制参数不一致的异构
UUV
平台以及水声弱通信环境，传统的集中式控制模式已经无法应用；二是面向没有统一标准的输入输出接口协议，各
UUV
之间信息交换变得困难，若要实现协同控制，必须建立标准的接口协议；三是面向不同厂家设计生产的
UUV
，没有统一标准的通用指令集，这使得系统在任务解析以及控制指令输出时必须考虑多套指令集
。
如果有通用指令集，则可实现统一标准下的任务指令与控制指令的解析，便于系统的设计与应用；四是面向不同厂家生产的
UUV
平台，若基于机载控制器设计协同控制算法，技术封锁以及接口开放程度带来的开发困难也会给系统的设计
、
调试以及拓展性能带来不小的挑战
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种分布式异构多
UUV
协同控制模块及协同控制系统，以实现统一标准下的多
UUV
协同控制系统设计
、
开发与应用
。
[0006]本专利技术提供一种分布式异构多
UUV
协同控制模块，所述协同控制模块搭载在一台
UUV
上，每台搭载协同控制模块的
UUV
为一个分布式节点，所述协同控制模块包括：协同算法子模块以及分别与协同算法子模块相连接的通信子模块
、
使命解析子模块
、
故障检测与处理子模块以及数据记录子模块；
[0007]所述通信子模块基于统一标准的输入输出接口协议，实现协同控制模块与所搭载的
UUV
进行通信，接收所搭载的
UUV
发送的本节点状态信息
、
邻居节点状态信息以及使命任务信息，向所搭载的
UUV
输出更新后的本节点状态信息和协同控制指令信息；
[0008]所述使命解析子模块与通信子模块连接，用于对使命任务信息进行解析获得任务
指令并发送给协同算法子模块和故障检测与处理子模块；
[0009]所述故障检测与处理子模块根据任务指令
、
邻居节点以及本节点的历史状态信息
、
来自协同算法子模块的故障检测关键信息，检测所述协同控制模块
、
所搭载的
UUV
以及
UUV
搭载的外围设备是否存在故障以及故障类型，并输出故障处理策略；
[0010]所述协同算法子模块根据任务指令
、
本节点状态信息
、
邻居节点状态信息以及故障处理策略计算协同控制指令信息；
[0011]所述数据记录子模块用于存储本节点状态信息
、
邻居节点状态信息
、
协同控制指令信息以及故障处理策略
。
[0012]进一步的，所述协同算法子模块是协同控制模块的核心部分，其集成编队航行控制算法
、
协同探测算法
、
协同目标跟踪算法
、
协同任务分配算法，以完成复杂多样的协同控制任务；
[0013]所述协同算法子模块计算的协同控制指令信息通过通信子模块输出到所搭载的
UUV
，再由
UUV
的底层控制系统跟踪进而完成协同任务
。
[0014]进一步的，所述使命任务信息由母船
/
岸基指挥控制中心下发，包含各
UUV
的角色身份
、
通信拓扑结构设定
、
目标海域以及目标任务，使命任务信息基于统一标准的指令集，能实现通用统一标准的任务指令的下发和解析；
[0015]所述本节点状态信息是协同控制模块所搭载的
UUV
的航行状态信息，包括
UTC
时间基准
、
速度信息与位姿信息；
[0016]所述邻居节点状态信息包括该邻居节点的角色身份
、UTC
时间基准
、
速度信息
、
位姿信息
、
所处任务阶段和故障类型；
[0017]所述更新后的本节点状态信息用于输出给其他节点，即为其他节点所接收的邻居节点状态信息；
[0018]所述协同控制指令信息为协同算法子模块根据任务指令
、
本节点状态信息
、
邻居节点状态信息以及故障处理策略综合计算的本节点的控制指令信息；控制指令信息包括所搭载的
UUV
需要跟踪的期望速度
、
航向信息以及深度或高度信息，其基于统一标准的控制指令集，可实现异构
UUV
平台控制指令的解析与跟踪
。
[0019]进一步的，所述使命任务信息基于
XML
文件体现，其中目标任务本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分布式异构多
UUV
协同控制模块，所述协同控制模块搭载在一台
UUV
上，每台搭载协同控制模块的
UUV
为一个分布式节点，其特征在于，所述协同控制模块包括：协同算法子模块以及分别与协同算法子模块相连接的通信子模块
、
使命解析子模块
、
故障检测与处理子模块以及数据记录子模块；所述通信子模块基于统一标准的输入输出接口协议，实现协同控制模块与所搭载的
UUV
进行通信，接收所搭载的
UUV
发送的本节点状态信息
、
邻居节点状态信息以及使命任务信息，向所搭载的
UUV
输出更新后的本节点状态信息和协同控制指令信息；所述使命解析子模块与通信子模块连接，用于对使命任务信息进行解析获得任务指令并发送给协同算法子模块和故障检测与处理子模块；所述故障检测与处理子模块根据任务指令
、
邻居节点以及本节点的历史状态信息
、
来自协同算法子模块的故障检测关键信息，检测所述协同控制模块
、
所搭载的
UUV
以及
UUV
搭载的外围设备是否存在故障以及故障类型，并输出故障处理策略；所述协同算法子模块根据任务指令
、
本节点状态信息
、
邻居节点状态信息以及故障处理策略计算协同控制指令信息；所述数据记录子模块用于存储本节点状态信息
、
邻居节点状态信息
、
协同控制指令信息以及故障处理策略
。2.
如权利要求1所述的分布式异构多
UUV
协同控制模块，其特征在于，所述协同算法子模块是协同控制模块的核心部分，其集成编队航行控制算法
、
协同探测算法
、
协同目标跟踪算法
、
协同任务分配算法，以完成复杂多样的协同控制任务；所述协同算法子模块计算的协同控制指令信息通过通信子模块输出到所搭载的
UUV
，再由
UUV
的底层控制系统跟踪进而完成协同任务
。3.
如权利要求1所述的分布式异构多
UUV
协同控制模块，其特征在于，所述使命任务信息由母船
/
岸基指挥控制中心下发，包含各
UUV
的角色身份
、
通信拓扑结构设定
、
目标海域以及目标任务，使命任务信息基于统一标准的指令集，能实现通用统一标准的任务指令的下发和解析；所述本节点状态信息是协同控制模块所搭载的
UUV
的航行状态信息，包括
UTC
时间基准
、
速度信息与位姿信息；所述邻居节点状态信息包括该邻居节点的角色身份
、UTC
时间基准
、
速度信息
、
位姿信息
、
所处任务阶段和故障类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐红丽，邱少雄，张昊鹏，王军义，茹敬雨，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：