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基于行为的多AUV队形控制技术研究

徐澎  
【摘要】:AUV日益成为人类开发利用海洋资源的重要工具。相对于单个复杂、昂贵的集成AUV,多AUV系统可以由结构简单、造价低廉的多个个体组成,可以通过相互协调共同完成一些复杂的任务。但其工作环境的特殊性为多AUV的协调研究带来了很大挑战。水声通信的不可靠性和长延时特性为多AUV的协调实现带来一定困难。此外AUV复杂的动力学特性也不容忽视。 本文分析了目前AUV控制体系结构的各自特点。针对具体的问题提出了一种基于二阶一致性的带统一通信延时的多AUV的队形控制算法,在位置跟踪性能上较已有算法有所优化。根据Nyquist稳定判据和矩阵图论,分别提出了队形稳定性与通信时延有关和无关两种情况下的控制参数设计方法。在一种简化的微型飞行器模型上初步验证了不同时延条件下该队形控制算法的性能。通过仿真结果比较,与时延无关的队形控制律显示了更加优越的应用价值。 将所提队形控制算法分别应用到具有多推进器的AUV和具有单推进器的AUV的仿真模型上,依据两种AUV的动力学特征,在底层控制器的设计上采用了两种不同的反馈线性化的方法。应用与时延无关的队形控制律,仿真结果进一步验证了算法和所提稳定性判据的有效性。 根据AUV的基于行为的队形控制,以PC104主板为平台完成了一套在QNX实时操作系统下的小型AUV嵌入式控制系统的初步设计与开发。根据功能需求分别定义和开发了如运动控制、深度限制、障碍避碰、水声通信和水下定位等功能模块。为多AUV技术的进一步理论和试验研究打下了基础。


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