一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始化编队中的AUV；

利用水声通信机的测距功能测量AUV之间的距离信息，AUV中的领航者向跟随者广播自身速度和方向信息；

AUV根据测距信息完成对相对位置信息的推算和相对距离信息的推算

根据粘滞阻尼振荡模型建立多AUV编队的弹簧阻尼质量块模型，给出AUV中的跟随者完成编队或维持队形所需要的期望航速和期望航向，映射为主推电机和舵电机的控制信号，控制跟随者完成编队。

2.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述初始化编队中的AUV，包括以下步骤：

编队中的三个AUV，在初始时刻指定其中一个为领航者L，另外两个为跟随者F₁和F₂；

三个AUV在初始时刻上浮至海面，使用所搭载的GPS获得各自位置信息；

领航者L使用所搭载的无线电通信设备向跟随者F₁、F₂发送自身位置和航速航向信息，两个跟随者使用所搭载的无线电通信设备互相发送各自的位置信息；

跟随者根据获得的领航者位置信息和另一个跟随者的位置信息，给自身的载体方向信息估计器和距离信息估计器赋初值；

三个AUV下潜至同一深度开始定深航行，此时领航者向两个跟随者广播一次自身的航速和航向信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述利用水声通信机的测距功能测量AUV之间的距离信息，具体为：两个跟随者使用水声通信机的测距功能，依次向领航者和另一个跟随者发出测距信号，更新距离领航者和另一跟随者的距离信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述利用水声通信机的测距功能测量AUV之间的距离信息， 包括循环的以下步骤：

跟随者F₁向领航者L发出测距信号，获得距离信息|F₁L|；

跟随者F₁向跟随者F₂发出测距信号，获得距离信息|F₁F₂|；

跟随者F₂向领航者L发出测距信号，获得距离信息|F₂L|；

跟随者F₂向跟随者F₁发出测距信号，获得距离信息|F₂F₁|。

5.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述AUV中的领航者向跟随者广播自身速度和方向信息，具体为：

领航者每隔一定时间向跟随者广播一次自身航速和航向信息；或，

领航者在跟踪的路径点发生变化的情况下才广播自身航速和航向信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述AUV根据测距信息和方向信息给出跟随者完成编队或维持编队需要的期望航速和期望航向，具体为：

经过时间Δt后，下一周期跟随者F_i的期望航速为向量的模值，期望航向为向量的方向角，且向量满足：

式中，为跟随者F_i的速度，虚拟加速度由虚拟弹簧的弹力产生，跟随者F_i受到虚拟弹簧F₁F₂和F_iL产生合力的作用，以及阻尼介质所产生阻力的作用，分别为：

式中，k为弹簧的弹性系数，c为阻尼系数，|DD|为两跟随者之间期望距离，D_iL为代表跟随者F_i(i＝1,2)的质量块与代表领航者L的质量块之间的期望距离， 为阻尼介质与质量块的相对速度，因为阻尼介质与领航者速度同为v_l，

因此质量块所受到的合力为：

由此可知：

。

7.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述AUV根据测距信息完成对相对距离信息的推算，具体为：

其中，|F₁F₂|_t+Δt为t+Δt时刻两跟随者之间的距离，|F₁F₂|_t为t时刻两跟随者之间的距离，Δ|F₁F₂|_t为t时刻两跟随者之间实际距离与期望距离之差，|F_iL|_t+Δt为t+Δt时刻跟随者F_i(i＝1,2)与领航者L之间的距离，|F_iL|_t为t时刻跟随者F_i(i＝1,2)与领航者L之间的距离，Δ|F_iL|_t为t时刻跟随者F_i(i＝1,2)与领航者L之间实际距离与期望距离之差，Δt为经过的时间，k采用经验值，取0.1-0.5之间的某数。

8.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述粘滞阻尼振荡模型为：认为AUV间距离符合期望时，虚拟弹簧不发生形变；从能量角度，该由质量块，弹簧和阻尼器构成的模型在初始时刻所具有的全部能量为质量块的初始动能和形变弹簧所储存的弹性势能，整个振动过程中阻尼器对质量块做负功，消耗能量，最终整个模型所具有的弹性势能和动能均变为零，即收敛于弹簧不发生弹性形变的状态。

9.根据权利要求1所述的一种基于粘滞阻尼振荡模型的多AUV编队控制方法，其特征在于，所述多AUV编队的弹簧阻尼质量块模型为：认为编队中的AUV为由弹簧连接的质量块，阻尼由与领航者同速度的阻尼介质产生。规定弹簧不发生弹性形变时编队队形为期望队形，则质量块在弹簧弹力和阻力的作用下发生振荡，并最终收敛于期望队形。