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UUV编队抵近海底侦测的目标驱动队形优化控制研究
| 论文题名： | UUV编队抵近海底侦测的目标驱动队形优化控制研究 |
| 关键词： | 无人水下潜航器;海底地形建模;控制器设计;队形优化控制;UUV编队;目标驱动 |
| 摘要： | UUV编队在抵近海底执行管道检测、目标搜寻等任务的过程中,不仅需要对其整体系统进行协调控制,以保证编队的稳定性;同时,也要求对系统中的每个UUV个体进行精确控制。最终,保证编队系统能够在协同工作的同时实现每个个体工作效率的最大化。本论文深入研究了UUV编队在抵近海底条件下,目标驱动的队形优化控制问题。所谓的目标驱动,是指UUV在执行任务的过程中,根据待搜寻目标所在位置及UUV自身状态信息,实时调整搜索策略,从而快速地锁定目标。论文的主要内容如下: 1、提出基于“时空解耦”的分散式控制体系结构,即将单个UUV的运动控制和多个UUV协调编队任务解耦。通过设计单个UUV运动控制器,实现个体在空间上的位姿误差趋近于零;同时,通过设计多UUV间的协调控制器,实现多个UUV间的协同控制。 2、未知海洋环境中复杂的地形会对UUV执行任务的效率造成较大影响。为此,本文将针对海底地形建模进行深入研究。首先,获取侦测海域内已知离散点处的少量数据信息。然后,选择适合侦测区域构建的规则网格模型。并利用克里金插值法在此规则网格模型基础上通过空间插值重建任务区域,最终得到准确的海底地形数据信息,并建立侦测区域三维效果显示。 3、针对未知目标的搜寻任务,制定了具体的自主控制策略。首先,通过地形跟踪在大范围海域内进行目标搜寻。为了防止海底地形表面对行进中的UUV产生威胁,采用定高控制策略,控制UUV跟踪由高程信息生成的定高路径。然后,当某一UUV探测到可疑目标后,通知系统内其它个体。每个个体调整相应的控制策略,在现有状态基础上,进行整体下潜动作至某一固定高度,再进行队形收缩,实现快速地锁定目标。 4、分别设计路径跟踪控制器与协调编队控制器,并进行队形优化控制研究。采用基于反步法的自适应滑模控制算法设计路径跟踪控制器;将反演法、滑模控制算法及自适应控制理论相结合,以实现对单个UUV精确的路径跟踪控制。采用改进的人工势场法设计协调编队控制器;根据个体之间实际间距与期望间距的误差,获得作用于UUV个体的虚拟势场力,并通过调节各UUV的速度,最终实现编队的协调控制。由于引入的人工势场法中,引力系数和斥力系数的选取具有随机性,为了减小其对UUV系统稳定性的影响,提出了利用遗传算法优化引力系数与斥力系数,进而实现队形的优化控制。 5、针对UUV编队抵近海底的搜寻任务,设计仿真案例,验证文中所制定的搜寻控制策略及基于目标驱动的队形优化控制的有效性。 |
| 作者： | 白锐 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 严浙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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