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面向地形勘察使命的AUV群体协同使命控制方法研究
| 论文题名： | 面向地形勘察使命的AUV群体协同使命控制方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;地形勘察;多AUV群体;协同体系;结构设计;使命控制 |
| 摘要： | 自主水下航行器(AUV)可替代人类深入海洋，完成危险作业，且以其成本低、智能化程度高等优势，已经越来越多地应用于海洋勘探、资源开发以及军事应用等领域。特别是通过多个AUV的相互配合，实现群体协同作业，大大提高了作业效率。本文以执行海底地形勘察使命为背景，针对多AUV群体协同使命控制技术，开展了多AUV群体协同体系结构设计、AUV使命控制系统建模、使命控制方法与仿真平台构建等方面的研究。 协同体系结构是多AUV群体协同使命控制的基础。本文基于经典多机器人系统体系结构分析，设计了一种集中式多AUV体系结构，该结构由一个主控AUV和若干作业AUV组成。设计出了各个单元的功能模块以及模块间的信息流，建立了多AUV系统模型。 采用进程描述主控AUV和作业AUV，从逻辑上对群体中的各个AUV单元进行划分。设计多AUV群体协同地形勘察使命的划分方式，主控AUV将勘察使命分解为可供作业AUV执行的任务，并将其分配给各个作业AUV；作业AUV进一步将所分配到的任务划分为顺序执行的子任务，并对任务执行过程中出现的事件进行响应。采用线程机制设计了子任务执行和事件响应模块，设计了利用线程描述的子任务与事件处理过程的实现方法 建立了使命控制系统的Petri网模型，基于此模型设计了适用于AUV群体完成地形勘察的使命控制方法，采用基于优先级的抢占式多线程调度方式，实现了作业AUV的子任务能够有序执行，以及对作业AUV各项内部和外部事件的快速正确响应。设计了基于仲裁规则的多AUV群体协同使命重规划方法，当某一作业AUV出现故障无法完成自身任务时，主控AUV将根据情况派遣能够正常工作的作业AUV完成协同任务。 基于Linux系统的C语言和Qt Creator开发平台构建了多AUV群体协同使命控制仿真平台，通过人机交互设置地形勘察使命和多AUV初始作业信息，实现了AUV群体协同系统及其使命控制方法的仿真验证。结果表明：基于多进程和多线程机制所构建的多AUV群体协同体系结构通过子任务调度满足了使命作业的需求，且出现系统事件时系统能够完成自主使命控制和使命重规划，实现了多AUV协同作业的目标。 |
| 作者： | 高晗 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 王宏健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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