[發(fā)明專利]一種自觸發(fā)通信的水下滑翔機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110620072.6
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113342010B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩亮;柴亞星;劉陸;王丹;孫才勤;王天霖;彭周華;古楠;張義博;盧麗宇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 張海燕;楊爽

本發(fā)明公開了一種自觸發(fā)通信的水下滑翔機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)，包括路徑跟蹤制導(dǎo)模塊用于計(jì)算水下滑翔機(jī)的給定縱向速度、俯仰角速度以及縱向跟蹤誤差；協(xié)同模塊用于計(jì)算水下滑翔機(jī)的協(xié)同路徑參數(shù)信息；低頻學(xué)習(xí)與模糊控制模塊用于計(jì)算縱向速度誤差、俯仰角速度誤差的估計(jì)值；動力學(xué)控制模塊用于計(jì)算水下滑翔機(jī)在縱向、俯仰方向運(yùn)動的控制參數(shù)；自觸發(fā)事件模塊用于設(shè)計(jì)觸發(fā)條件，判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)，水下滑翔機(jī)之間進(jìn)行信息交互并計(jì)算下一觸發(fā)時(shí)間；通信網(wǎng)絡(luò)用于建立水下滑翔機(jī)之間進(jìn)行信息傳遞的通信結(jié)構(gòu)。應(yīng)用于多水下滑翔機(jī)并實(shí)現(xiàn)協(xié)同潛水控制，通信策略采用自觸發(fā)通信，大大減少了因不間斷通信帶來的不必要的機(jī)載能量消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下滑翔機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種自觸發(fā)通信的水下滑翔機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在過去幾十年里，隨著自主海洋航行器的迅速發(fā)展，其運(yùn)動控制問題一直是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。水下滑翔機(jī)通過搭載不同功能的傳感器執(zhí)行海洋任務(wù)，由于載荷能力弱、航速低，所以單臺水下滑翔機(jī)的觀測或探測功能相對單一，單位時(shí)間的作業(yè)范圍非常有限。多水下滑翔機(jī)以集群的形式協(xié)同作業(yè)可大大提高其執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的綜合能力，將成為未來近海岸及深遠(yuǎn)海移動觀測與探測的重要技術(shù)手段之一，也是水下滑翔機(jī)的必然發(fā)展趨勢。

目前，在水下滑翔機(jī)的路徑跟蹤控制方面，已有學(xué)者提出了許多可行的路徑跟蹤控制方法，但現(xiàn)有控制方法仍存在以下問題：

第一，現(xiàn)有水下滑翔機(jī)協(xié)同潛水控制方案通常采用周期性通信策略，而在實(shí)際水下作業(yè)時(shí)，水下滑翔機(jī)通常采用水聲信道進(jìn)行通信。由于水聲通信具有窄帶寬、高噪聲、長延遲等問題，使得缺乏有效的通信鏈路成為多水下滑翔機(jī)協(xié)同面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

第二，現(xiàn)有水下航行器控制研究大多局限于單水下航行器控制，但是由于水下航行器存在載荷能力弱、航速低等特點(diǎn)，使得單臺海洋航行器的觀測或探測功能相對單一，單位時(shí)間的作業(yè)范圍非常有限。

第三，現(xiàn)有水下滑翔機(jī)動力學(xué)系統(tǒng)存在模型不確定性、輸入受限和海洋環(huán)境擾動等問題，使得水下滑翔機(jī)在沿參數(shù)化路徑運(yùn)動時(shí)存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種自觸發(fā)通信的水下滑翔機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)，以克服上述技術(shù)問題。

一種自觸發(fā)通信的水下滑翔機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于，包括通信網(wǎng)絡(luò)、水下滑翔機(jī)、路徑跟蹤制導(dǎo)模塊、協(xié)同模塊、低頻學(xué)習(xí)與模糊控制模塊、動力學(xué)控制模塊、自觸發(fā)事件模塊，

路徑跟蹤制導(dǎo)模塊用于獲取水下滑翔機(jī)的位置、航向、速度以及給定路徑信息，計(jì)算水下滑翔機(jī)的給定縱向速度、俯仰角速度以及縱向跟蹤誤差；

協(xié)同模塊用于獲取水下滑翔機(jī)的鄰居的路徑參數(shù)和縱向跟蹤誤差信息，計(jì)算水下滑翔機(jī)的協(xié)同路徑參數(shù)信息；

低頻學(xué)習(xí)與模糊控制模塊用于獲取給定縱向速度、俯仰角速度，水下滑翔機(jī)的縱向速度和俯仰角速度，計(jì)算縱向速度誤差、俯仰角速度誤差的估計(jì)值；

動力學(xué)控制模塊用于獲取給定縱向速度、俯仰角速度，縱向速度誤差、俯仰角速度誤差的估計(jì)值，有界權(quán)值，計(jì)算水下滑翔機(jī)在縱向、俯仰方向運(yùn)動的控制參數(shù)；

自觸發(fā)事件模塊用于獲取水下滑翔機(jī)在當(dāng)前觸發(fā)時(shí)間的基于自身估計(jì)的路徑參數(shù)、基于鄰居水下滑翔機(jī)估計(jì)的路徑參數(shù)，設(shè)計(jì)觸發(fā)條件，判斷是否滿足觸發(fā)條件，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時(shí)，水下滑翔機(jī)之間進(jìn)行信息交互并計(jì)算下一觸發(fā)時(shí)間；

通信網(wǎng)絡(luò)用于建立水下滑翔機(jī)之間進(jìn)行信息傳遞的通信結(jié)構(gòu)；

路徑跟蹤制導(dǎo)模塊共三個輸入端，其中兩個輸入端分別與水下滑翔機(jī)的輸出端、協(xié)同模塊的一個輸出端相連，第三個輸入端為給定的參考路徑信號，路徑跟蹤制導(dǎo)模塊的兩個輸出端分別與自觸發(fā)事件模塊的輸入端、動力學(xué)控制模塊的一個輸入端相連；

協(xié)同模塊的三個輸入端分別與路徑跟蹤制導(dǎo)模塊的一個輸出端、通信網(wǎng)絡(luò)的輸出端和經(jīng)過觸發(fā)后的自觸發(fā)事件模塊相連；