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舰船编队控制问题研究

许尤坤  
【摘要】: 舰船编队控制是一个实用性和战略性课题,对于军事和民用等方面都具有很好的现实指导意义。本文在深入分析国内外关于多智能体编队控制研究方法的基础上,总结现有成果中存在的问题与不足,重点对舰船编队分布控制策略和编队安全问题两方面进行了深入系统的研究,对其总结如下: 舰队系统的约束关系包括航迹约束和队形约束,航迹约束作为驱动函数,使每个舰船跟踪各自的参考航迹。队形约束作为队形约束函数,利用拉格朗日算子,确保舰船编队在任意初始状态下达到理想的队形结构。为了解决舰船编队控制问题,提出了编队分布控制策略,其中航迹约束和队形约束作为控制输入。通过对队形分布控制策略稳定性分析,说明了编队分布控制策略的合理性。利用队形控制分布控制策略,结合舰船运动学和动力学模型,设计了舰船编队控制器。通过实例仿真,验证了控制器的控制效果。 安全问题是编队控制问题的一个重要内容,包括避碰和避障两方面。通过设置最小安全距离,确保系统在编队的过程中不会发生碰撞问题。通过避障路径规划设定安全航线,确保舰队安全通过障碍区。结合欠驱动完整约束舰船非线性模型,设计了输出观测器用来估计舰船的速度向量,在考虑舰队安全问题的基础上,利用反步法和李雅普诺夫方法设计舰船编队控制器,使舰队系统达到理想的编队模型。通过对舰船编队避碰和避障实例仿真,验证了所设计控制器的控制效果。 对本文的研究成果进行概括性总结,并提出了舰船编队问题有待进一步深入研究的问题。


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