第37春第2期 2015年2月
规船科学技术
SHIPSCIENCEAND TECHNOLOGY
受通信延迟影响的多UUV队形控制
徐澎，冯正平
（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240）
Vol.37, No.2 Feb.，2015
摘要：研究带统一通信延迟的多UUV队形控制。根据奈奎斯特准则和代数图论，提出一种与通信拓扑和通信时延有关的队形控制算法。该算法具有分布式特点，对具有双向通信拓扑和统一通信延迟的多UUV系统，能够使所有UUV的速度和位置渐近地收敛至期望值，从而达到稳定的期望队形。数值仿真结果证实所提队形控制方法的有效性。
关键调：UUV；队形控制；奈奎斯特准则；时延；拉普拉斯矩阵
中图分类号：P756
文献标识码：A
文章编号：16727649(2015)02006706doi:10.3404/j.issn.16727649.2015.02.014
FormationcontrolofmultipleUUV'swithcommunicationdelay
XU Peng,FENG Zheng-ping
(School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong
University,Shanghai200240,China)
Abstract:Formation control of multiple UUV's with communication delay is studied. A formation control algorithm is put forward which is dependent on the communication topology and the communication delay with the basement on the algebraic graph theory and Nyquist criterion. The algorithm with the characteristics of distribution, is applicable to multi - UUV systems under bidirectional communication topology and uniform communication delay. Both the velocities and positions of all vehicles can be ensured to converge to designed values, so as to achieve stable expectation formation. The numerical simulation results show the effectiveness of the proposed formation control method.
Key words:consensus;formation control;nyquist criterion; time delay; graph laplacian
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多UUV（UnmannedUnderwaterVehicle）系统是由多个同构或异构的UUV组成的具有相互协作能力的系统。与单个UUV相比，多UUV系统具备有搭载多样性探测设备、空间分布广和指令与采集数据的双向传输高效等优点。随着水下通信、导航、以及控制等技术的发展，多UUV系统在水下观测或干预性作业中将发挥越来越重要的作用"。
队形控制是多UUV协调控制领域的一个长久以来的热点[2-5]。群体的协调控制往往需要根据任务的性质要求，设计相应每个个体的控制算法，使得个体按照一定的规则运动或行为，最终使某个物理
量趋于一致，比如趋于一致的速度和跟踪同一个目标等。这种通过局部控制，个体间信息交流，使整体实现共同目标的问题称为“一致性”问题。UUV 的队形控制和跟踪等都可以看作是一致性间题建模与应用的范畴6)。有关多UUV的一致性，最核心的目标是设计一个合理有效的算法或协议，使得网络中每个UUV都能随着时间的变化面逐渐达到同一状态，或取得一致性[4,7-10]。
由于电磁波在水中衰减远比声波严重，多UUV 系统只能依靠水声通信进行协作以实现队形控制。而声波的传播速度尤其在水中要大大低于电磁波，这样水声信号的通信延迟给多UUV队形控制带来了较大挑战。杨波等引人通信延时，证明了在通信拓
收稿日期：2014-05-06修回日期：2014-07-21
基金项目：国家高技术研究发展计划"863"资助项目(2006AA09Z233) 作者筒介：徐影(1988-），男，硕士研究生，主要从事多水下机器人研究。
万方数据