弱通信环境下多水下航行器长续航及快速协同控制研究

The Multiple Autonomous Underwater Vehicle System(MAUVS) is vital to the development of ocean. Considering the practice requirement of MAUVS and the weak communication, this project will study the long time cruising and fast-speed coordination control problems. Firstly, considering the long time cruising problems of MAUVS, this project will propose new control strategies with the impact of weak communication. Under the same energy condition and environment condition, MAUVS will achieve better cruising ability by using these new strategies than not using them. Secondly, considering the phenomenon of the slow convergence speed when achieving consensus, this project will propose another kind of new control strategies such that long time cruising and predetermined convergence speed can be realized at the same time. Thirdly, considering the impact of weak communication and ocean’s complex environment, this project will propose new control strategies such that the problems of weak communication, long time cruising, and fast-speed coordination can all be solved at the same time. The achievement of this project can provide theoretical and technical foundation for solving the practice problems of MAUVS, such as weak communication, long time cruising, and fast-speed coordination, et al.

多自主水下航行器系统(MAUVS)在海洋开发利用中具有至关重要的作用。本项目针对复杂海洋环境下多自主水下航行器系统实际应用需求，以弱通信环境为背景，开展以长时间续航和快速协同控制为目的控制策略研究。首先，针对MAUVS长续航问题，设计弱通信环境影响下的新控制策略，使得MAUVS在同等的能量和环境条件下获得更强的续航能力；然后，针对长续航时，实现协同一致的速度低的问题，进一步设计新控制策略，确保MAUVS在实现长续航的同时，还能使协同一致的速度达到预期要求；最后，考虑水声“弱通信”以及复杂海洋环境影响，提出能够在提高协同控制速度的同时兼顾弱通信问题的解决和长时间续航需求实现的新控制策略。本项目研究内容可为解决多水下航行器系统实际应用中面临的弱通信环境、长时间续航、快速协同控制等问题，提供理论依据和技术支撑。

多自主水下航行器在水环境保护、海洋开发利用等方面具有极其重要的作用。首先，长时间/距离航行是充分发挥其重要作用的基础之一。本项目通过研究设计新的控制策略，在现有电池等基础技术不变的情况下，实现了多自主水下航行器整体续航能力的提升。其次，编队协同是多自主水下航行器的重要巡航方式之一。考虑水下特殊环境带来的参数不确定等问题，设计了基于观测器的参考控制输入，进而设计出分布式控制器，实现了目标编队。进一步地，由于大部分快速协同控制器普遍存在控制器抖振问题，这增加了执行器的大量不必要动作，甚至有可能影响航行器运动的稳定性，于是我们研究了抖振抑制方案，在实现快速协同控制的同时，有效地抑制甚至消除抖振现象，有利于航行器的平稳运行。然后，研究了水下移动障碍物的避障问题，以及水下目标的搜索与围捕算法。最后，考虑水下弱通信环境可能带来的通信中断问题，研究了航行器间的连通性保持控制方法，保证了从初始状态到协同任务完成过程中，通信链路能够始终保持连接。