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。

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。