[发明专利]一种基于领航者和虚拟领航者的多AUV直线编队控制方法

摘要

本发明属于船舶运动控制领域，具体涉及一种基于领航者和虚拟领航者的多AUV直线编队控制方法。本发明包括如下步骤：(1)根据使命任务，实现多AUV的路径规划，获得领航者需跟随的路径(2)建立参考坐标系(3)建立如下AUV动力学模型(4)构建固定坐标系下的跟随者AUV的误差模型(5)设计AUV运动控制器。本发明提出了领航‑跟随法和虚拟领航‑跟随法相结合的编队控制策略，在多AUV组成的群体中，指定某个AUV为领航者，剩余的AUV作为它的跟随者，跟随者以期望的距离间隔跟随领航者的位置。通过反步法实现AUV路径跟踪控制，跟随者实时接收且只需接收领航者的纵向位姿信息，减少AUV在多种信息通讯时出现的混乱现象，增强了编队控制的稳定可靠性。

主权项

1.一种基于领航者和虚拟领航者相结合的多AUV直线编队控制方法，具体包括如下步骤：(1)根据使命任务，实现多AUV的路径规划，获得领航者需跟随的路径；(2)建立参考坐标系：以步骤(1)中获取的路径的起点为路径坐标系的原点，记为0；以路径所在的直线为坐标轴的纵轴，记为X轴；垂直于路径且经过路径起点的直线为坐标轴的横轴，记为Y轴；AUV重心为G，速度向量为U_G，在固定坐标系下X轴和Y轴上投影为AUV受到的外力F在固定坐标系下X轴和Y轴上的投影为F_X,F_Y；受到的外力矩为T；运动坐标系的原点取在AUV重心G处；纵轴取在AUV纵中剖面内，指向船首，记为x轴；横轴与AUV纵中剖面垂直，指向右舷，记为y轴。速度向量为U_G，在固定坐标系下x轴和y轴上投影为u,v；AUV受到的外力F在固定坐标系下x轴和y轴上的投影为F_x,F_y；受到的外力矩为T；因外力矩而获得的角速度为r；(3)建立如下AUV动力学模型：在固定坐标系中，AUV的动力学模型为：式中：φ为AUV速度与固定坐标系的夹角；ψ为X轴与运动坐标系的夹角，V_t为AUV的合速度，且假设u_G恒不为0，定义β为侧滑角，β＝φ‑ψ＝tan^‑1(v/u)；在运动坐标系中，水体为理想流体时，AUV动力学模型为：式中：mur,‑mvr为AUV转动时的离心惯性力；N为绕水平面旋转的力矩；FT为AUV纵向受到水平推力，Γ为垂直水平面方向转艏力矩，Fw为水平面对AUV的阻力，N为垂直水平面方向的力矩，Fw在x轴和y轴上的分力为Fxw,Fyw；mu；mvr；mv；mur分别为实际运动中的质量；(4)构建固定坐标系下的跟随者AUV的误差模型；(5)设计AUV运动控制器。