【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自主水下航行器编队协同的控制，具体涉及一种异构自主水下航行器编队协同的控制方法。
技术介绍
1、随着社会的发展和科技的进步，海洋资源已经引起了广泛的关注。在海洋探索过程中，自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，auv)由于灵活性高、自主性强、经济成本低等被广泛应用于资源勘查、海图绘制、鱼雷探测、水下检测等方面。由于海洋中环境恶劣，未知的突发状况较多，单个auv容易遭受危险。当海洋探测任务较为复杂时，单个auv难以胜任，因此多个auv协同作业的方式为解决上述问题提供了新思路。相比于单个auv，多auv编队可以完成更复杂的任务，并且具有较高的安全性和可靠性。
2、目前同构的auv编队已经有了丰富的研究进展与成果，然而传统的同构auv编队，所有的机器人的类型、功能和动力系统都相同，这种结构在一定程度上限制了编队的性能和使用范围。
3、异构编队由于其灵活的成员构成，有着更高的任务效率与可靠性。在异构auv编队中，通信延迟会让系统的反应时间滞后，导致编队系统难以及时的完成误差收敛，因此延迟带来的问题不同忽视。此外，在长期的航行任务中，当航行条件趋于稳定时，保持高频率的通信与控制律的更新不利于编队的节能要求，并加剧设备的损耗。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的编队协同控制方法不能很好适用于异构自主水下航行器的问题，以及控制器更新频率高存在的系统资源与能量消耗高的问题。
2、一种考虑通信延迟情况下的
3、s200、构建auv编队运动学和动力学方程：
4、
5、式中，η＝[x,y,z,φ,θ,ψ]t为位置和姿态向量，其中x,y,z为auv在分别是大地坐标系下的三个坐标轴的位置，φ,θ,ψ为auv的横倾、纵倾、艏向角；为速度和角速度向量，其中u,v,w分别为纵向、横向、垂向速度，p,q,r分别为横倾、纵倾、艏向角速度；j为大地坐标系与随体坐标系之间的转换矩阵，m为质量惯性矩阵，c为科里奥利向心力矩阵，d为水动力阻尼矩阵，g为重力和浮力所产生的恢复力；τ表示推进装置产生的推力；τ＝[x y z k m n]t为推进装置产生的推力，其中x、y、z分别代表auv受的纵向、横向、垂向力，k、m、n分别代表艇体受的横倾、纵倾、转艏力矩；
6、s300、构建异构自主水下航行器编队运动学和动力学模型：
7、基于第i个auv的运动学与动力学模型，令xi1＝ηi，得到
8、
9、其中，qi(xi1,xi2)＝ci+di，mi、ci、di分别表示第i个auv对应的j、m、c、d；将j(xi1)简记为ji；
10、在异构auv编队中，将auv分为领导者个体与跟随者个体；根据各个auv间的通信关系，构建用于表示异构auv编队内部的通信关系的有向通讯拓扑图；第i个auv根据拓扑矩阵得到其它auv的姿态信息时存在通信延迟，记为tij；
11、s400、设计考虑通信延迟与事件触发的异构自主水下航行器协同编队控制律：
12、令其中，表示xi1对应的期望值；令其中，表示xi2对应的期望值；
13、由第i个auv的运动学与动力学模型，有
14、
15、令则有
16、
17、令τi＝τi0+τi1，定义积分滑模变量：
18、
19、其中，τi0表示初始控制力；τi1表示设计控制力；vei(t)表示时间t的vei，vei(0)表示初始值；
20、当t＝0时，对(24)求导，有：
21、
22、当σi一直保持在滑模面上时，有代入(23)中得：
23、
24、根据(25)、(26)设计控制力矩
25、τi1＝-k0σi-k1∫σi (27)
26、且σi(0)＝[0 0 0 0 0 0]t，其中k0、k1为正的常量；
27、考虑事件触发的滑模函数为：
28、
29、其中，表示表示第i个auv第k次触发的时刻，为正的常量；
30、控制律只会在事件触发条件下发挥作用，有：
31、
32、设计事件触发控制律如下：
33、
34、其中，aij为有向通讯拓扑图对应的加权邻接矩阵a中的元素，节点能够通信时aij＝1，否则aij＝0；
35、利用设计好的事件触发控制律对异构自主水下航行器编队进行触发式控制。
36、有益效果：
37、本专利技术能够很好的针对异构自主水下航行器进行编队协同控制。而且本专利技术在控制中加入了事件触发机制，使得控制器更新的频率极大地减少，从而避免了系统资源与能量的快速消耗，也有利于推进器的寿命与输出的稳定性。
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1.一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述转换矩阵J(η)如下：
3.根据权利要求2所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述M由AUV的质量和惯性矩阵MRB和水动力的附加质量矩阵MA组成；
4.根据权利要求3所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述科里奥利向心力矩阵C由科里奥利刚体向心力矩阵CRB和科里奥利水动力附加质量向心力矩阵CA组成；
5.根据权利要求4所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述科里奥利刚体向心力矩阵CRB满足所述科里奥利水动力附加质量向心力矩阵CA满足
6.根据权利要求5所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述水动力阻尼矩阵D如下：
7.根
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，xi1对应的期望值如下：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述转换矩阵j(η)如下：
3.根据权利要求2所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述m由auv的质量和惯性矩阵mrb和水动力的附加质量矩阵ma组成；
4.根据权利要求3所述的一种考虑通信延迟情况下的异构自主水下航行器编队协同触发式控制方法，其特征在于，所述科里奥利向心力矩阵c由科里奥利刚体向心力矩阵crb和科里奥利水动力附加质量向心力矩阵ca组成；
【专利技术属性】
技术研发人员：孙延超，毕意翔，周思聪，景锐洁，王卓，秦洪德，钟昊呈，李子恰，林宇涵，孙晟轩，季康，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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