為了解決AUV在空間運(yùn)動(dòng)中的路徑點(diǎn)跟蹤控制問(wèn)題,參照水下航行器的建模方法,建立AUV的六自由度動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,采用水平面視線導(dǎo)航法計(jì)算AUV指令航向,采用垂直面制導(dǎo)算法計(jì)算AUV的垂直面指令深度、指令縱傾和指令深度速率。針對(duì)AUV的水平面和垂直面控制,設(shè)計(jì)基于狀態(tài)空間形式的模型預(yù)測(cè)控制算法。通過(guò)仿真表明,所提出的空間航跡控制算法能達(dá)到較高的控制精度,采用的指令深度+指令縱傾+指令深度速率的控制方法能使AUV盡快航行至指令軌跡并跟蹤垂直面航跡。設(shè)計(jì)的空間路徑點(diǎn)跟蹤控制算法對(duì)AUV后續(xù)的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有一定的參考意義。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(23)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

AUV的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系以及固定坐標(biāo)系Fig.1Body-fixedframeandearth-fixedframeforAUV

00060]，[20002000140]，[0060]m，路徑跟蹤效果如圖7所示。圖8和圖9分別為水平面和垂直面的航跡偏差。5結(jié)語(yǔ)本文針對(duì)AUV的空間路徑點(diǎn)跟蹤控制問(wèn)題，采用水平面視線導(dǎo)航法計(jì)算AUV指令航向，采用垂直面制導(dǎo)算法計(jì)算AUV的垂直面指令深度、指令縱傾和指令深度速率，采用模型預(yù)測(cè)控制算法用于AUV的航向和深度控制。仿真結(jié)果表明，空間航跡控制算法能達(dá)到較高的控制精度，采用的指令深度+指令縱傾+指令深度速率的控制方法能使AUV盡快的航行至指令軌跡并圖4路徑點(diǎn)跟蹤控制原理框圖Fig.4Blockdiagramofwaypointtrackingcontrolprinciple·90·艦船科學(xué)技術(shù)第42卷

k)ek=n1LLn1PLOS(xlos,ylos)PLOSψlosψψlos(Pk1,Pk)PkR=n2Ln2Pk+1段的橫向距離需收斂至0，同時(shí)航向角收斂至。運(yùn)用視線導(dǎo)航法，首先由艇體質(zhì)心至段路徑的垂直距離以及（為艇長(zhǎng)，為一正實(shí)數(shù)）可計(jì)算出視線導(dǎo)引點(diǎn)在固定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，再求取艇體質(zhì)心至視線導(dǎo)引點(diǎn)的視線導(dǎo)航航向角，則航向角收斂至可確保艇體位置收斂到直線路徑段。當(dāng)艇體質(zhì)心位于以路徑點(diǎn)半徑為（為正實(shí)數(shù)）的圓內(nèi)，則將導(dǎo)航的目標(biāo)點(diǎn)切換至下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。圖2直線航跡段視線導(dǎo)航法示意圖Fig.2Body-fixedframeandearth-fixedframeforAUV垂直面航跡制導(dǎo)算法如果采用視線導(dǎo)航算法將垂直面位置偏差解算為指令縱傾的會(huì)造成以下問(wèn)題：1）AUV垂直面內(nèi)航行對(duì)縱傾角有一定限制，采用視線導(dǎo)航法進(jìn)行解算將造成部分參數(shù)難以調(diào)整。2）AUV在進(jìn)行垂直面機(jī)動(dòng)控制的過(guò)程中，深度速率的控制必須同時(shí)考慮垂向速度和縱傾，采用視線導(dǎo)航法解算指令縱傾角而忽略垂向速度，將引起較大的航跡控制偏差。因此，本文通過(guò)分析AUV垂直面運(yùn)動(dòng)特性以及仿真驗(yàn)證等方法，采用指令深度速率、指令深度以及指令縱傾三者結(jié)合的方式作為垂直面的航跡跟蹤控制算法。其中指令深度與指令縱傾的解算方法如圖3所示。當(dāng)前時(shí)刻的指令深度為AUV當(dāng)前位置點(diǎn)在航跡線上的投影點(diǎn)的垂直位置，其解算方法為：ζ=zk+1zkxk+1xk(xk+1xk)+zk+1，(6)xk式中：為距目標(biāo)航跡點(diǎn)的縱向位移，指令縱傾為當(dāng)χk:=atan2(zk+1zk,xk+1xk前航跡線的期望潛浮角)。由航跡線解算出的指令深度速率與AUV的當(dāng)前航速相關(guān)，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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