[發明專利]無人水下潛航器編隊控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201811121346.1
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN108958294B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 劉昊;馬騰;蔡國飆;劉德元;趙萬兵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 劉丹丹

本發明提供了無人水下潛航器編隊控制方法及裝置，涉及水下潛航器控制技術領域，其中，該無人水下潛航器編隊控制方法包括：首先，設計標稱位置控制輸入參數和標稱姿態控制輸入參數，然后，根據每個潛航器所受到的擾動，設計位置魯棒補償輸入參數和姿態魯棒補償輸入參數，接著，根據標稱位置控制輸入參數和位置魯棒補償輸入參數建立位置控制器，并且，根據標稱姿態控制輸入參數和姿態魯棒補償輸入參數建立姿態控制器，之后，將位置控制器和姿態控制器合成分控制器，且各個所述分控制器通過拓撲結構進行通信以構成編隊控制器，經上述處理能使無人水下潛航器編隊在執行任務時位置和姿態保持一致。

技術領域

本發明涉及水下潛航器控制技術領域，尤其涉及無人水下潛航器編隊控制方法及裝置。

背景技術

近年來，無人水下潛航器在海洋監視、海底石油探測和海底勘探等任務中展現出了巨大優勢。無人水下潛航器能夠在航行中執行各種控制指令。無人水下潛航器上攜帶著一個多波束主動搜索聲吶和一個側掃分類聲吶，前者主要是在水下進行初始搜索，判定是否存在水雷，后者則進行精確勘測，對類似水雷的物體進行定位和分類。例如，當攜帶有無人水下潛航器的核動力攻擊潛艇駛抵預定海域或基地時，可先投放出無人水下駕駛器前去檢查水下是否有水雷。對于不明海峽和水道，也需要派無人水下潛航器進行偵察，搜集有關海底地形分布的情報。

與單艘昂貴的水下潛航器相比，低成本，小型的無人水下潛航器編隊是一種高效，經濟的解決方案，無人水下潛航器編隊也受到了國內外工業界和學術界越來越多的關注。在無人水下潛航器編隊中多艘無人水下潛航器協同作戰，來完成各種探測任務。但是，無人水下潛航器編隊在水下航行過程中的位置和姿態難以保持統一，進而無法實現對整個無人水下潛航器編隊的協同控制。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例的目的在于提供了無人水下潛航器編隊控制方法及裝置，通過為無人水下潛航器編隊設置編隊控制器，提高了無人水下潛航器編隊在水下航行過程中位置和姿態的統一性。

第一方面，本發明實施例提供了無人水下潛航器編隊控制方法，包括：

設計標稱位置控制輸入參數和標稱姿態控制輸入參數；

根據每個潛航器所受到的擾動，設計位置魯棒補償輸入參數和姿態魯棒補償輸入參數；

根據每個潛航器所受到的擾動，為各個潛航器添加位置魯棒補償輸入參數和姿態魯棒補償輸入參數；

根據所述標稱位置控制輸入參數和所述位置魯棒補償輸入參數建立位置控制器，且，根據所述標稱姿態控制輸入參數和所述姿態魯棒補償輸入參數建立姿態控制器；

將位置控制器和姿態控制器合成分控制器，且各個所述分控制器通過拓撲結構進行通信以構成編隊控制器。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述方法還包括：

分別為每個潛航器建立動力學模型；

將所述動力學模型中俯仰角為90度的情況剔除，且，得到每個潛航器的標稱平移模型和標稱旋轉模型。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述設計標稱位置控制輸入參數和標稱姿態控制輸入參數的步驟，還包括：

將每個潛航器在航行過程中的外部擾動均引入所述動力學模型中；

根據所述外部擾動為所述標稱平移模型生成位置不確定參數；

根據所述外部擾動為所述標稱旋轉模型生成姿態不確定參數。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述根據每個潛航器所受到的擾動，設計位置魯棒補償輸入參數和姿態魯棒補償輸入參數的步驟，包括：