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基于优化理论的多AUV协同任务规划方法研究
| 论文题名： | 基于优化理论的多AUV协同任务规划方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;航路规划;协同任务;任务分配;人工势场优化算法 |
| 摘要： | 多AUV协同任务规划是一个复杂的多约束多目标优化问题，主要研究在满足各类约束条件下，合理的将任务分配给有能力的AUV。在任务分配之后，规划每艘AUV在未知环境下执行任务时的航行路径。对于多AUV的研究越来越成为研究者关注的焦点。本文深入开展了对多AUV协同任务预分配、任务重分配、多AUV航路规划等研究。多AUV协同任务规划的大体框架包括以下方面: 首先，介绍多目标优化理论基础和AUV体系结构，选择分布式多AUV体系结构来对整体系统进行设计。阐述任务规划的相关元素，对多AUV协同任务规划进行描述和建模，为后续的研究提供了坚固的基础。 其次，研究了基于改进合同网优化算法的多AUV协同任务分配问题。对AUV在协同任务分配问题进行了详细描述，结合本文设定的约束条件，考虑任务环境发生变化的情况，以AUV发生故障为例，研究了基于改进合同网优化算法的任务预分配及其任务重分配技术。针对投标的公布和多个招标者并存的情况，引入任务负载指标进行改进。仿真结果表明，该改进算法是可行的，并且能够有效提高整体效能及其使AUV承载整体任务负载变均匀。 再次，研究了基于改进人工势场优化算法的多AUV航路规划问题。由于在未知环境下，探测障碍物需要对AUV建立环境模型。障碍物的位置是随机的，有可能分布比较密集。很可能出现目标不可达和局部极小值问题。设计新的斥力场函数对斥力场函数进行改进可以解决不可达问题。引入任意的（0-π/2）旋转角度可以解决局部极小值问题。对于以上改进，不仅同时解决了局部极小值问题和目标不可达问题，而且保留了人工势场算法原有的优点，仿真结果表明，该算法是可行的。在未知环境下，本章所设计的改进人工势场优化算法规划出来的航路是非常平滑，且能安全的避过障碍。 最后，基于matlab的GUI界面开发，设计了多AUV协同任务规划仿真系统的仿真平台。在该平台上对异构型多AUV协同任务规划的仿真实验。通过分析表明，将二个改进优化算法应用多AUV协同任务规划，具有较强的寻优能力及有效性。 |
| 作者： | 张昆玉 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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