[发明专利]一种UUV集群中UUV个体的绿色动态控位方法

说明书

本发明属于UUV集群动态控位技术领域，具体涉及一种UUV集群中UUV个体的绿色动态控位方法。本发明针对UUV在不同工作阶段的不同需求，分层设计了UUV的绿色动态控位控制方案，使UUV在不同的状态下，都具有一套与之相适应的控制策略，能适时改变动态控位的控制曲线，最终达到以较低的能耗及较低的推进器辐射噪声完成任务的目的，同时尽可能地保持UUV集群的基本队形拓扑结构。本发明的解决了UUV集群在动态控位过程中由于能耗较大而无法实现长时间待机值守并保持阵型的问题，实现UUV以尽可能少的功耗、尽可能低的UUV推进器动车频率、尽可能小的辐射噪声、尽可能久的作业时间，完成其动态控位控制。

技术领域

本发明属于UUV集群动态控位技术领域，具体涉及一种UUV集群中UUV个体的绿色动态控位方法。

背景技术

UUV的动态控位是指其依靠自身推进器产生的推进力(矩)抵抗外界干扰以保持位姿， UUV集群在执行水下区域值守等协同观、探测任务时，需要在较长的一段时间内保持动态控 位状态。在动态控位时，UUV推进器频繁动车是电量消耗的主要部分。因此设计一种UUV 集群的绿色动态控位(Green-DP)方法,可以降低UUV集群的能量消耗，提高作业时的隐蔽 性，增加待机值守以及作业时间，对UUV集群的动态控位是十分必要的。

对现有的技术文献检索发现，目前国内外对于绿色动态控位的研究多集中于单体船舶上， 且绿色控制策略主要体现在环境补偿器、预测控制器、最优艏向、推力分配优化几方面，武 汉船用电力推进装置研究所刘凯等在《船电技术》(2018年09期)发表的文章《动态控位船 舶推力优化分配研究》针对船舶处于环境力较小而方向频繁变化的特殊海洋环境中定位作业 的推力分配问题,采用组合偏置策略，并针对组合偏置后存在能量消耗过大的问题,提出了基于 能耗最优的二次推力分配方法；挪威Kongsberg公司的Green-DP系统通过划分作业区域以及 采用环境补偿器、模型预测控制器的办法成功降低了推进器工作频率，达到了减少能耗的效 果，但是以上办法均适用于单体船舶而非UUV集群，即未考虑到集群的阵型保持问题，当 UUV集群缺少风、浪、流传感器时以上方法也无法使其有效地完成动态控位任务，且未能针 对UUV在不同工作阶段的不同需求对控制方案进行分层设计。

发明内容

本发明的目的在于解决UUV集群在动态控位过程中由于能耗较大而无法实现长时间待 机值守并保持阵型的问题，提供一种UUV集群中UUV个体的绿色动态控位方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：根据作业任务要求，设定UUV在定深处航行时在作业区域的目标定位点，记录 该目标定位点的经度、纬度以及航向信息；

步骤2：在水平面内，以UUV目标定位点为圆心，分别以R₁和R₂为半径作圆，将作业区域划分为Ⅰ级工作区域、Ⅱ级工作区域和Ⅲ级工作区域；半径R₁和R₂根据作业任务要求设定，且R₁＜R₂；所述的Ⅰ级工作区域为以UUV目标定位点为圆心，以R₁为半径的圆形区域； 所述的Ⅱ级工作区域为以UUV目标定位点为圆心，以R₁和R₂为半径的两个圆形之间的圆环 区域；作业区域内除Ⅰ级工作区域和Ⅱ级工作区域以外的部分均为Ⅲ级工作区域；

步骤3：开始动态控位任务，实时在线更新UUV的运动状态信息，记录UUV当前经度、纬度、航向、速度以及各控制量信息；根据UUV当前位置与目标定位点的经纬度信息，实 时计算两点间距离r；

步骤4：判断UUV是否处于Ⅲ级工作区域：若r≤R₂，则判定UUV不处于Ⅲ级工作区域，执行步骤5；否则，UUV采取Ⅲ级控制模式，以最小能耗指标，使用粒子群算法计算UUV 位置和航向的全局最优规划方案；