基于Serret-Frenet坐标系的多AUV编队路径跟踪控制

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1、第23卷第1期鱼雷技术V61．23NO．12015年2月TORPED0TECHN0L0GYFeb．2015基于Serret．Frenet坐标系的多AUV编队路径跟踪控制赵宁宁，徐德民2，高剑张秦南(1．中国船舶重工集团公司第705研究所，陕西西安，710075；2．西北工业大学航海学院，陕西西安，710072)摘要：针对多自主水下航行器(AUV)的编队路径跟踪控制问题，提出了基于Serret—Frenet坐标系的虚拟结构编队控制方法，分为单个AUV队形路径跟踪控制，以及多个AUV间路径跟踪参考点的一致性协调控制两部分

2、。首先为每个AUV定义一个沿期望路径运动的路径跟踪参考点，并以其为原点建立Serret—Frenet坐标系描述编队跟踪误差及动态模型。通过对AUV的航向角和速度的控制，使其跟踪并收敛于该Serret．Frenet坐标系下的期望队形位置。然后采用基于比例．积分控制的一致性算法，调节各个参考点的路径参数变化率使其达到一致，并以给定的期望速度沿路径运动。通过数学仿真实现了3个AUV以一定队形跟踪期望路径，验证了该算法的有效性。关键词：自主水下航行器；编队控制；路径跟踪；Serret．Frenet坐标系中图分类号：TJ630

3、．33；TP13文献标识码：A文章编号：1673．1948(2015)01．0035．05FormationPathFollowingControlofMultipleAUVsBasedonSerret—FrenetCoordinateSystemZHA0Ning—ning，xuDe—min，GAOJian，ZHANGQin—nan(1．The705ResearchInstitute，ChinaShipbuildingIndustryCorporation，Xian710075，China；2．SchoolofMa—

4、fineScienceandTechnology，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xian710072，China)Abstract：Avirtua1structureformationcontrolmethodbasedonaSerret—FrenetcoordinatesystemiSproposedfortheformationpathfollowingcontrolofmultipleautonomousunderwatervehicles(AUVs)．Theforma

5、tioncontrolsystemiscomposedoftwopans，namely,thepathfollowingcontrolforeachAUVandtheconsistencycoordinationcontrolforthepathfollowingreferencepointsofmultipleAUVs．Firstly,apathfollowingreferencepointisdefinedforeachAUVwhichmovesalongthedesiredpath，andaSerret—Fre

6、netcoordinatesystem，whichtakesthereferencepointasitsorigin，isbuilttodescribetheformationpathfollowingerrorsandthedynamicmode1．Thecourseangleandvelocityareprop-erlycontrolledtomaketheAUVconvergetoitspredefineddesiredpositionintheSerret—Frenetcoordinatesystem．Sec

7、ondly,aproportional—integralconsistencyalgorithmforpathparametersisdesignedforallAUVstomakethevirtualreferencepointssynchrOnOuslymoveatagivenchangeratealongthedesiredpathwiththedesiredvelocity．Atlast，threeAUVsinfollowingadesiredpathwithacertainformationaresimul

8、ated，andtheresultsvalidatetheeffectivenessoftheproposedcontrolmethod．Keywords：autonomousunderwatervehicle(AUV)；formationcontrol；pathfollowing；Serret—Frenetcoordinatesystemve