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基于方位信息的无人艇编队控制算法研究
| 论文题名： | 基于方位信息的无人艇编队控制算法研究 |
| 关键词： | 无人艇;编队控制;方位编队控制;自适应控制 |
| 摘要： | 随着水面无人技术的快速发展，水面无人艇凭借着成本低、机动性高和生存能力强等特点，已经成为了执行海洋环境监测、海洋资源勘探、海上搜救等各类任务的重要平台。为了进一步扩大无人艇的作业范围、充分发挥无人艇的作业优势、提高无人艇作业的效率和容错性，多艇协同的作业模式已经得到越来越广泛关注。多无人艇的编队控制是多无人艇协同的基础与关键，其设计不仅需要考虑无人艇集群的任务场景，还需要考虑无人艇自身的水动力特性以及编队过程中的各种约束条件。 本文针对多无人艇集群编队队形保持控制、编队平移运动控制和编队缩放机动控制等具体内容，采用图论、方位刚性理论、反步法、神经网络控制和自适应控制等理论和方法，研究了模型不确定性和外界扰动影响下的多无人艇集群协同编队控制问题，主要研究内容如下: 1)针对基于领随多自主体协同模型的水面无人艇编队系统，提出一种基于艇间相对方位信息的分布式编队控制策略，能够在艇间仅满足局部相对距离信息交互的条件下，借助艇载传感器测量的相对方位信息解决无人艇编队的编队保持控制、编队平动控制和编队缩放控制问题。 2)在基于方位信息的编队控制策略的基础上，更进一步的考虑GNSS拒止环境下的无人艇编队控制问题，提出一种基于纯方位信息的无人艇分布式自适应编队控制策略，能够在艇间不进行任何状态信息交互的情况下，仅借助艇载传感器测量的邻间相对方位信息便可以完成无人艇编队的编队保持、编队平动和编队缩放机动等控制任务。在此基础上，考虑无人艇模型的不确定性，在每艘艇的控制器中嵌入自适应神经网络辅助系统，在处理模型不确定性的同时简化神经网络权值更新过程。 最后，通过对本文提出的控制器进行仿真验证，可得当编队拓扑满足无穷小方位刚性时，采用上述两类编队控制器都可以完成无人艇编队的编队控制任务，同时可以仅通过规划领导者轨迹实现整个无人艇集群的编队缩放控制，而无需为追随者设计新的编队机动控制器。 |
| 作者： | 毛磊 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 苏玉民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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