基于领航跟随的2型AUV编队航行仿真对比

基于领航跟随的编队控制方法简洁实用,但其在不同自主式水下航行器(Autonomous Undenuater Vehicle,AUV)平台上的控制效果缺乏对比。本文针对500 kg的“海翔500”AUV与5000 kg的“NPS”AUV开展AUV编队航行仿真,对比分析了基于领航跟随编队控制方法下的2型AUV的队形距离偏差、队形角度偏差。500 kg的“海翔500”AUV与5000 kg的“NPS”AUV在路径跟随上的航行能力接近,航行稳定后偏离设定路径的法向距离小于1 m。基于领航跟随的编队控制方法对2型AUV的编队均有较好的控制效果,在稳定直航段跟随者与领航者的距离偏差保持在7~8 m,角度偏差保持在3°~5°。但在切换点处由于队形相对位置的约束,对编队内外侧AUV的加减速性能有一定要求,“NPS”AUV在直角拐弯处的距离偏差较“海翔500”AUV增大50%左右。

2种典型AUV编队控制算法比较与局部优化研究

本文研究分析了基于领航者-跟随者的编队控制方法和基于路径跟随的编队控制方法等2种常用的AUV编队控制方法异同点。针对2种方法在路径点切换时航向变化较大的共性问题,提出采用B样条曲线对规划航路做在线的局部B样条拟合优化,对路径切换点处领航AUV的控制航向角作适度平滑处理。通过数值仿真验证了该方法可改善路径切换时,基于领航者-跟随者的编队控制中的跟随AUV目标跟踪位置变化速度和曲率,削弱了跟随AUV的点跟随难度;同时在路径跟随的编队控制中,利用B样条基函数自变量作为在切换点附近路径的同步控制参数的一部分,可提高切换点附近路径上编队的同步速度。

一种资源约束下的AUV编队系统动态任务规划方法

动态任务规划是协调复杂环境、自主水下航行器(AUV)有限资源以及动态任务之间耦合,提高编队协同能力的关键技术。针对资源约束下的AUV编队系统动态任务规划问题,提出了一种基于不公平度的资源均衡方法,兼顾资源均衡和效能最大2个目标,建立了基于合同网的多约束多目标任务规划数学模型,基于着色Petri网实现了系统的形式化建模/仿真/验证一体化。仿真结果表明,该方法能够有效地解决以效能最大为目标的资源选择原则导致的优者负载过重和以平均执行任务数为核心的负载平衡算法带来的任务等待时间延长问题,提高了系统的效能。

面向复杂地形海洋勘探的Multi-AUV编队协同控制策略

针对Multi-AUV编队执行复杂海底地形勘探任务的实际需求和问题,提出Multi-AUV的编队协同控制策略。首先采用领航-跟随思想和反馈线性化方法推导出编队控制律,使Multi-AUV编队可以维持在恒定的几何队形进行巡航,实现高效的并行作业;其次为使搭载的设备获得更佳的扫描效果,引入基于最小二乘法估计的高度控制方法,以保持AUV处在期望的距底高度;然后针对执行梳状探测路径中存在的路径变换和极端地形避障问题提出路径变换优化策略和避障策略,最后通过计算机仿真试验验证提出的编队方法和策略在执行海底复杂地形探测任务中的有效性。