[发明专利]一种用于多自主水下航行器编队直线航迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种用于多自主水下航行器编队直线航迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始设定：定义有若干个自主水下航行器，其中一个作为主UUV，其余为从UUV；计算主水下航行器的运动误差控制模型，实现对自身直线航迹控制；同时其余水下航行器将采集到的中心点坐标(x,y)和偏航角ψ，沿载体坐标系两轴的线速度和角速度传递给主水下航行器，在主UUV中进行运动误差控制模型的计算；

步骤2：建立运动误差控制模型，包括以下子步骤：

步骤1.1：通过自主水下航行器上搭载的测量传感器采集数据，获得自主水下航行器当前位置的中心点坐标(x,y)和偏航角ψ，沿载体坐标系两轴的线速度和角速度；通过给定的期望横向坐标y_d，定义横向跟踪误差e的“虚拟控制量”期望航向角为

其中e＝y-y_d，y_d为期望的横向坐标值，且有

步骤1.2：由期望航向角可得

从而得到参考航向角速度为：

u表示自主水下航行器的前向速度，v表示自主水下航行器的侧向速度；

步骤1.3：根据虚拟控制量期望航向角ψ_d和参考航向角速度r_d，计算自主水下航行器与期望航向的相对跟踪偏差：

其中，u_e,ψ_e,r_e分别为前向速度跟踪误差、航向角跟踪误差、航向角速度跟踪误差；u_c为给定的速度指令；

步骤1.4：根据步骤1.3得到的结果，计算自主水下航行器跟踪运动学误差模型：

其中，直线跟踪误差χ是全局K指数稳定的，x方向的速度最终收敛至速度指令u_c(t)；

步骤3 ：根据步骤1.4得到的水下航行器运动模型，计算主UUV的速度控制指令和前向推力；同时结合其余水下航行器传递的数据信息，实现主UUV对其余水下航行器的直线编队航迹跟踪控制，包括以下子步骤：

步骤2.1：通过协调主水下航行器的速度指令u_ci(t)使得所有自主水下航行器在x方向渐进收敛至期望队形，且在保持队形的同时，整个编队系统以期望速度u_d(t)运动，即实现编队控制，其中对于UUV_i设计速度控制指令u_ci为

式中，g(·)为连续可微、单调递增的有界函数，其满足g′(0)0,g(0)+0，g(·)∈[-a,a]；J_i为UUV_i的邻居集合；

步骤2.2：计算每个自主水下航行器的前向推力为：

2.如权利要求1所述的一种用于多自主水下航行器编队直线航迹跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤3中得到的模型具体推导包括以下子步骤：

子步骤1：将自主水下航行器的水平面运动模型为

和

式中，u为UUV前向速度，v为UUV侧向速度，X为UUV前向推力；

子步骤2：将步骤2得到的相对跟踪偏差代入子步骤1的模型中得到：

式中，

h_x1＝cosψ

子步骤3：定义χ＝[u_e ψ_e r_e e v]^T,h_x(χ,u_c)＝[h_x1 h_x2 0 h_x30]，最终得到所述步骤1.4中的简化公式。

3.如权利要求1所述的一种用于多自主水下航行器编队直线航迹跟踪控制方法，其特征在于，定义机载计算机运算能力强的航行器为主水下航行器。