[发明专利]一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法

权利要求书

1.一种基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤(1)：采用基于改进人工势场法的水下航行器的实时路径规划方法进行规划；步骤(1)包括以下内容：

步骤(1.1)：根据AUV的运动空间建立一个人工势场，建立每个AUV的自然坐标系，而后建立大地坐标系，其中，(x₀，y₀)为目标位置在大地坐标系下的坐标；

步骤(1.2)：建立目标点的引力势场函数以及障碍物的斥力势场函数

其中，α为引力增益系数；m₀是单个障碍物影响的最大距离；m＝|X-X₀|为AUV与障碍物的最短距离；

并得到引力函数F_att＝-grad(U_att)＝α(X₀-X)；

和斥力函数

其中β为斥力增益系数；

步骤(1.3)：将AUV与目标之间的距离的高次幂，以及AUV和障碍物之间的相对速度、相对加速度引入到斥力势场函数，使得整个势场中在目标点处全局最小，得到改进后的斥力势场函数，所述改进后的斥力势场函数为

其中β₁、β₂、β₃为斥力增益系数，(X-X₀)ⁿ是AUV的目标位置的距离的高次幂，v_ro(t)是某一时刻AUV和障碍物的相对速度，a_ro(t)是该时刻AUV与障碍物的相对加速度；

AUV根据由改进人工势场法得到的合力的方向和自身行驶速度计算下一时刻自身和跟随AUV的轨迹坐标，完成实时局部路径规划；

步骤(2)：建立切换系统模型，其由状态切换机制和控制部分组成，然后定义编队行为，设计状态切换机制，设置编队状态阈值矩阵；

步骤(3)：在改进人工势场法的基础上设计姿态调整机制，调整各个AUV的姿态至期望姿态。

2.根据权利要求1所述的基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：步骤(2)包括以下内容：

步骤(2.1)：建立切换系统模型，将领航跟随法、基于行为法、虚拟结构法和改进人工势场法分别进行模块化处理，并将控制部分分为策略控制和AUV控制两部分；

步骤(2.2)：定义多AUV的编队基础行为：①编队组建；②编队前进；③变形；④编队避障；

步骤(2.3)：设计状态切换机制，设定阈值矩阵，用于与差值矩阵进行比较，状态切换机制通过多AUV编队的实时矩阵与期望矩阵之间的差值矩阵与阈值矩阵的比较结果触发。

3.根据权利要求2所述的基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：步骤(2.1)中，所述切换系统采用常值切换规则，每个常值分别代表不同的编队方法模块。

4.根据权利要求2所述的基于改进人工势场法和状态切换的多AUV混合编队方法，其特征在于：步骤(2.2)中，所述基础行为④编队避障，根据障碍物和AUV的分布，分为以下几种情况：a、强制保持队形避障；b、被迫改变队形避障；c、自由避障。