[发明专利]一种自触发通信的水下滑翔机协同控制系统

说明书

本发明公开了一种自触发通信的水下滑翔机协同控制系统，包括路径跟踪制导模块用于计算水下滑翔机的给定纵向速度、俯仰角速度以及纵向跟踪误差；协同模块用于计算水下滑翔机的协同路径参数信息；低频学习与模糊控制模块用于计算纵向速度误差、俯仰角速度误差的估计值；动力学控制模块用于计算水下滑翔机在纵向、俯仰方向运动的控制参数；自触发事件模块用于设计触发条件，判断是否满足触发条件，当满足触发条件时，水下滑翔机之间进行信息交互并计算下一触发时间；通信网络用于建立水下滑翔机之间进行信息传递的通信结构。应用于多水下滑翔机并实现协同潜水控制，通信策略采用自触发通信，大大减少了因不间断通信带来的不必要的机载能量消耗。

技术领域

本发明涉及水下滑翔机控制领域，尤其涉及一种自触发通信的水下滑翔机协同控制系统。

背景技术

在过去几十年里，随着自主海洋航行器的迅速发展，其运动控制问题一直是众多学者研究的热点。水下滑翔机通过搭载不同功能的传感器执行海洋任务，由于载荷能力弱、航速低，所以单台水下滑翔机的观测或探测功能相对单一，单位时间的作业范围非常有限。多水下滑翔机以集群的形式协同作业可大大提高其执行复杂任务的综合能力，将成为未来近海岸及深远海移动观测与探测的重要技术手段之一，也是水下滑翔机的必然发展趋势。

目前，在水下滑翔机的路径跟踪控制方面，已有学者提出了许多可行的路径跟踪控制方法，但现有控制方法仍存在以下问题：

第一，现有水下滑翔机协同潜水控制方案通常采用周期性通信策略，而在实际水下作业时，水下滑翔机通常采用水声信道进行通信。由于水声通信具有窄带宽、高噪声、长延迟等问题，使得缺乏有效的通信链路成为多水下滑翔机协同面临的一个重要挑战。

第二，现有水下航行器控制研究大多局限于单水下航行器控制，但是由于水下航行器存在载荷能力弱、航速低等特点，使得单台海洋航行器的观测或探测功能相对单一，单位时间的作业范围非常有限。

第三，现有水下滑翔机动力学系统存在模型不确定性、输入受限和海洋环境扰动等问题，使得水下滑翔机在沿参数化路径运动时存在一定的难度。

发明内容

本发明提供一种自触发通信的水下滑翔机协同控制系统，以克服上述技术问题。

一种自触发通信的水下滑翔机协同控制系统，其特征在于，包括通信网络、水下滑翔机、路径跟踪制导模块、协同模块、低频学习与模糊控制模块、动力学控制模块、自触发事件模块，

路径跟踪制导模块用于获取水下滑翔机的位置、航向、速度以及给定路径信息，计算水下滑翔机的给定纵向速度、俯仰角速度以及纵向跟踪误差；

协同模块用于获取水下滑翔机的邻居的路径参数和纵向跟踪误差信息，计算水下滑翔机的协同路径参数信息；

低频学习与模糊控制模块用于获取给定纵向速度、俯仰角速度，水下滑翔机的纵向速度和俯仰角速度，计算纵向速度误差、俯仰角速度误差的估计值；

动力学控制模块用于获取给定纵向速度、俯仰角速度，纵向速度误差、俯仰角速度误差的估计值，有界权值，计算水下滑翔机在纵向、俯仰方向运动的控制参数；

自触发事件模块用于获取水下滑翔机在当前触发时间的基于自身估计的路径参数、基于邻居水下滑翔机估计的路径参数，设计触发条件，判断是否满足触发条件，当满足触发条件时，水下滑翔机之间进行信息交互并计算下一触发时间；

通信网络用于建立水下滑翔机之间进行信息传递的通信结构；

路径跟踪制导模块共三个输入端，其中两个输入端分别与水下滑翔机的输出端、协同模块的一个输出端相连，第三个输入端为给定的参考路径信号，路径跟踪制导模块的两个输出端分别与自触发事件模块的输入端、动力学控制模块的一个输入端相连；

协同模块的三个输入端分别与路径跟踪制导模块的一个输出端、通信网络的输出端和经过触发后的自触发事件模块相连；