為滿足船舶護航、目標圍捕等任務(wù)要求,文中提出了一種基于路徑參數(shù)循環(huán)的欠驅(qū)動無人艇集群協(xié)同路徑跟蹤控制方法。在運動學(xué)設(shè)計方面,結(jié)合視線制導(dǎo)與一致性算法,設(shè)計無人艇集群協(xié)同制導(dǎo)律,得到閉曲線上對稱的編隊隊形,實現(xiàn)對目標點進行圍捕。在動力學(xué)設(shè)計方面,考慮動力學(xué)模型不確定性及傳統(tǒng)滑模導(dǎo)致的抖振問題,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近特性和飽和函數(shù),設(shè)計基于自適應(yīng)徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式積分滑�？刂破�,保證無人艇能夠精確跟蹤制導(dǎo)信號,從而提高系統(tǒng)抗干擾性和路徑跟蹤精度。Lyapunov穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)誤差是全局漸近穩(wěn)定的。仿真結(jié)果表明了所提出集群協(xié)同控制方法的有效性。 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學(xué)報. 2020,28(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

協(xié)同目標包圍控制示意圖Fig.1Diagramofcollaborativetargetenclosingcontrol

?,1,2,ijaij…N的鄰接矩陣。鄰接矩陣定義如下[12]0,1NNijijEaR其他A(14)為使各USV能均勻?qū)ΨQ地分布在封閉圓曲線上并保持固定隊形,設(shè)計了更新律i。各USV之間形成環(huán)形的通信關(guān)系(以3艘USV組成的拓撲結(jié)構(gòu)為例,見圖2),根據(jù)每艘USV在給定閉曲線上的位置,以徑向順時針方向定義相鄰USV間的通信拓撲,每艘USV都能接收其前一艘和后一艘USV的路徑參數(shù)信息。定義無人艇通信拉普拉斯矩陣LDA,根據(jù)圖2通信拓撲可知011101110A,200020002D(15)則211121112L(16)圖2通信拓撲圖Fig.2Diagramofcommunicationtopology每艘動態(tài)的USV都滿足動力學(xué)特性iixtut(17)式中:ixt表示第i艘USV的狀態(tài);iut表示控制輸入。當且僅當每艘USV都滿足協(xié)議lim0ijtxtxt(18)則稱控制協(xié)議iut能夠解決漸進一致問題[13]。為使路徑參數(shù)均勻分布,設(shè)計基于相鄰USV信息的路徑參數(shù)更新律[14],定義參數(shù)協(xié)同誤差為if02πif0iiiiiiiiiSSSSeSSSS≥(19)設(shè)計更新律為iiiiiidieeevx(20)式中,i為正數(shù)。定義T1,,Neee和T1,,N,得到關(guān)于誤差iex,iey,ie和e的動態(tài)方程為12ieiieixirieidiieiieiyiirieieiieiieiiexkxyvyUyxkyeLμ(21)建立如下Lyapunov函數(shù)22221111112222NieieieiiVxy

線,可以看到各無人艇速度在所設(shè)計的制導(dǎo)律作用下趨于同步。圖6給出了縱向跟蹤誤差iex及橫向跟蹤誤差曲線iey,可以看到誤差能夠在較短的時間內(nèi)收斂到零附近并保持穩(wěn)定,證明了所設(shè)計控制方法能夠使無人艇精確地跟蹤給定期望路徑。圖7給出了縱向推力ui和轉(zhuǎn)艏力矩ri曲線,在滿足執(zhí)行機構(gòu)的要求下,經(jīng)過短暫調(diào)整,能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)。圖8給出了采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對外界干擾以及模型不確定項的逼近情況,可以明顯看出采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能有效對非線性項urf和f進行估計。圖3協(xié)同目標包圍仿真圖Fig.3Simulationofcooperativetar-getenclosingperformance圖4無人艇路徑參數(shù)曲線Fig.4PathparameterscurvesofUSVs圖5縱向速度與轉(zhuǎn)艏角速度曲線Fig.5Curvesoflongitudinalvelocityandyawangularvelocity圖6跟蹤誤差曲線Fig.6Curvesoftrackingerrors圖7縱向推力與轉(zhuǎn)艏力矩響應(yīng)曲線Fig.7Curvesofsurgeforceandyawtorque圖8未知非線性項估計Fig.8Estimationsofunknownnon-linearfunction4結(jié)束語文中研究了一種在外界干擾和模型不確定情況下的無人艇集群協(xié)同目標包圍控制方法。與現(xiàn)有研究方法相比,文中方法具有以下優(yōu)點:1)將LOS制導(dǎo)與一致性算法相結(jié)合提出了協(xié)同LOS制導(dǎo)律,實現(xiàn)多USV集群協(xié)同路徑跟蹤;2)文中針對目標圍捕等實際應(yīng)用采用一種路徑參數(shù)循環(huán)跟蹤的方法實現(xiàn)閉曲線上對稱的編隊隊形;3)文中設(shè)計的分布式積分滑�？刂破髂苡行p弱系統(tǒng)抖振,提高系統(tǒng)的抗干擾性和路徑跟蹤精度。Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,仿真試驗驗證了協(xié)同控制器的有效性。未來將就各無

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3257384