陈世健，陈宏，丁贺，范智艺，巩伟杰

(深圳大学 机电与控制工程学院，广东 深圳 518060)

0 引言

现今，自主式水下航行器(AUV)是对神秘海洋探索的重要工具。多AUV系统在水下进行数据采样、环境成像、编队控制和合作围捕等海洋应用领域展现广阔的前景，而水下编队控制是多AUV协调控制策略[1-2]最基础和最重要的研究课题。美国海军研究生院用多AUV协调对水下雷区探测清除[3]；刘瑞轩[4]从任务分配和编队控制探讨多AUV的协调控制；许彦营[5]对多AUV的协作提出分布式投标方案。

本文主要研究多AUV基于一致性算法和虚拟领航结构的编队控制，采用一致性算法[6-7]解决位置和姿态的一致性问题，以虚拟领航结构实现预设队形。首先，AUV收集拓扑结构中虚拟领航者信息，得到各类误差值，用一致性算法保持其状态一致；其次，以虚拟领航者位置计算各AUV期望位置，设计时间限定的跟踪控制律，确保各AUV限时内成队。本文使用5个AUV的通信拓扑结构进行编队仿真，验证本文控制策略的可行性。

1 多AUV系统的一致性算法l-φ

在多机器人系统中，将单体AUV的动态概述为

(1)

简化式(1)，得式(2)：

(2)

2 多AUV编队控制系统的设计

建立xwOwyw世界坐标系、虚拟领航者本体xaOya坐标系如图1所示。

图1 编队控制

(3)

图2 轨迹跟踪控制

图2中：NC为非线性控制系统；∑i为AUV(i)运动学系统；Km为速度角速度限制器，避免过大的线速度和角速度，导致漂移现象。参考系统∑d的运动学方程为

可将机器人AUV(i)在xwOwyw坐标系下的位姿误差定义为

(4)

该式表示机器人AUV(i)从xaOaya坐标系到xwOwyw坐标系的转换，Te是转换矩阵。……