水下航行器編隊運動規(guī)劃與穩(wěn)定性研究.pdf

1、多水下航行器編隊觀測是實現(xiàn)海洋長時續(xù)、大尺度監(jiān)測的有效手段，編隊觀測獲取的同時刻不同點的環(huán)境數(shù)據(jù)可極大的提高海洋環(huán)境模型的精度。水下航行器編隊的運動規(guī)劃與協(xié)調(diào)控制是實現(xiàn)多水下航行器編隊觀測的理論基礎(chǔ)，同時也是海洋動態(tài)自適應(yīng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建理論的重要分支。本文針對復(fù)雜環(huán)境下的海洋監(jiān)測和探測任務(wù)，對水下航行器編隊的運動規(guī)劃與協(xié)調(diào)穩(wěn)定性進行了研究。通過在編隊的個體之間建立勢能場，將水下航行器編隊系統(tǒng)視為一個多體系統(tǒng)，利用人工勢能場和Kane方法實

2、現(xiàn)了水下航行器編隊系統(tǒng)的運動規(guī)劃，并仿真驗證了多質(zhì)點模型編隊系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃和多剛體模型編隊系統(tǒng)的方位同步，同時利用能量方法分析了旋轉(zhuǎn)剛體編隊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　根據(jù)水下航行器個體特征和海洋監(jiān)測任務(wù)的特點，將水下航行器編隊系統(tǒng)視為一個多剛體系統(tǒng)。通過在編隊系統(tǒng)個體間建立間距勢能場和方位勢能場，形成了個體間的虛擬力約束，構(gòu)建了水下航行器多剛體編隊系統(tǒng)。
　　采用人工勢能場與多體動力學方法實現(xiàn)水下航

3、行器編隊的運動規(guī)劃。將水下航行器視為質(zhì)點，可將水下航行器多剛體編隊系統(tǒng)簡化為“質(zhì)點系編隊”。采用主從式控制方法協(xié)調(diào)編隊內(nèi)的個體，并用Kane方法求解水下航行器編隊系統(tǒng)的動態(tài)特性，實現(xiàn)水下航行器編隊的運動規(guī)劃。
　　基于人工勢能場與多體動力學理論，建立了水下航行器編隊系統(tǒng)的“多剛體系統(tǒng)”動力學模型。在此模型的基礎(chǔ)上，完成了忽略移動自由度即僅考慮轉(zhuǎn)動自由度的“旋轉(zhuǎn)剛體編隊”的協(xié)調(diào)仿真。
　　針對旋轉(zhuǎn)剛體組成的編隊，提出了一種基于