UUV编队模糊控制方法研究

发布时间：2020-06-01 10:42

【摘要】：无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,简称UUV)在海洋的开发利用、海洋权益保护和海防安全中发挥着越来越重要的作用。随着相关技术的进步,UUV的研究正朝着智能化、编队协同和群体自治的方向发展。采用传统的方法对UUV编队进行控制需要依赖UUV动力学模型和运动学模型,而UUV工作在复杂多变的水下环境中,受洋流、潮汛、风浪、温度、水深以及其他多种不确定性因素的影响,已有的UUV的动力学模型很难反映出UUV的实际受力情况,同时在水下获取的UUV位置、速度等信息存在一定的偏差,因此本文对于具有高度非线性和不确定性并且难以建立动力学模型的UUV编队采用模糊控制的方法,根据人类对UUV运动的理解设计模糊规则,仅在运动学模型的层次上研究对UUV编队的控制。本文将UUV的编队活动分为编队生成和编队航行两个过程,编队生成过程包括编队生成和避障/避碰两个基础行为,编队航行包括轨迹跟踪、队形保持、队形变换三个基础行为。UUV编队生成过程中使用编队位置分派的方法,提前设置生成编队时每个UUV的目标位置,并设计了模糊控制器控制每个UUV到达各自的目标位置。针对UUV编队航行问题,首先对导航点进行了插值,实现单个虚拟UUV对该航路的跟踪,然后提出了虚拟结构和虚拟领航者相结合的队形控制方法,利用队形向量实现UUV编队的队形保持和队形变换,通过生成虚拟航路将队形保持和队形变换问题转换为轨迹跟踪问题,并设计了控制该过程的模糊控制器。最终通过对UUV编队生成和编队航行两个过程中各个基础行为的分布式控制实现对整个UUV编队的控制。文章最后设计了仿真实验验证本文编队控制方法的可行性和相应模糊控制器设计的合理性。
【图文】：

各UUV采样点连接成的路径

中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 5-11 所示，进行单个虚拟 UUV 轨迹跟踪时采样速度的变化，增加最后稳定在 3.5m s 左右，由于采样点较多，，这里只显示了的速度，后面的速度都是 3.5 左右，没有显示出来，主要是变化的过程。图 5-12 为每次采样时 UUV 实际的位置和理想位差较大，但是随着 UUV 速度的增加位置偏差逐渐减小，说明实踪的轨迹基本重合。同样本文对三次函数曲线和椭圆曲线进行如图 5-13 和图 5-14 所示。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.941;TP273.4

【参考文献】

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本文编号：2691364