[发明专利]考虑螺旋桨故障的海底地震检波飞行节点有限时间构型包含控制方法

说明书

考虑螺旋桨故障的海底地震检波飞行节点有限时间构型包含控制方法，涉及海底地震检波飞行节点构型包含控制方法。为了解决现有的控制方法并不能完全适用于海底地震检波飞行节点的控制，而且现有的控制方法并不能在推进器发生故障时进行有效控制。本发明首先建立多海底地震检波飞行节点系统的动力学和运动学方程，基于飞行节点的动力学和运动学方程以及推进器损坏对应的飞行节点上的推力或力矩，选取误差函数与有限时间滑模变量，并选择非奇异快速终端滑模面；然后设计控制器，从而实现海底地震检波飞行节点有限时间构型包含控制。本发明适用于海底地震检波飞行节点有限时间构型包含控制。

技术领域

本发明涉及海底地震检波飞行节点构型包含控制方法。

背景技术

在过去的十多年里，对海底资源的勘探日益重要。现一般是通过收集海底地震的信息以进行资源勘测，已研发出的海底地震检波系统主要采用海上拖缆进行布放，以及在海底铺设电缆的方式，但是这两种方法对人力物力的消耗太大。

目前，多自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)在海洋的探测中也发挥了重要作用。为完成在海底大范围自动布设、自动回收的综合海底地震检波系统，发明人所在团队提出并使用海地地震检波飞行节点(Ocean Bottom Flying Node，OBFN)来完成勘探任务，海底地震检波飞行节点属于自主式水下机器人的一种。

多自主式水下机器人AUV的协同控制问题在海洋技术领域也受到了极大的关注。相比于单个AUV，使用多个AUV进行资源勘探有着显著的优势，如灵活性高，适应性强，运营和维护成本低等。对于多AUV协同控制而言，集中式和分布式控制是两种主要的控制策略。集中式控制是指各AUV需要获得全局的信息以进行调整。与集中式控制相比，分布式控制具有更高的灵活性和适应性，因此，在实际工程中，分布式的应用也更加广泛。通讯拓扑描述了分布式控制系统中各AUV之间的信息传递关系，可以分为无向和有向通讯拓扑。在无向通讯拓扑下，各AUV之间的信息传递是双向的。然而实际应用中，信息的双向传递对通讯系统的要求较高，而在有向通讯拓扑下，只需满足系统的通讯拓扑具有有向生成树即可，因此有向通讯拓扑的研究更具有实际的应用价值。基于有向通讯拓扑结构，《Discrete-timedistributed kalman filter design for formations of autonomous vehicles》(Viegas,D.,Batista,P.,Oliveira,P.,Silvestre,C.:Discrete-time distributedkalman filter design for formations of autonomous vehicles.ControlEng.Practice.75,55-68(2018))讨论了多AUV系统的分布式状态估计问题，并且，各AUV都通过与附近其它AUV之间有限的交流以及局部的测量结果来估计自己的状态。但是，《Discrete-time distributed kalman filter design for formations of autonomousvehicles》是在无领航者的情形下进行的研究。对于多AUV协同控制，可以将其分为无领航者情形下的分布式一致性控制、存在单个领航者的分布式跟踪控制，以及存在多个领航者的分布式包含控制。

对于多OBFN系统若采用包含控制，可以在仅有领航者OBFN收到母船的信息时，整个系统共同前往目标区域，这样仅需领航者配有可以与母船进行长距离通讯的设备，而跟随者只需载有与相近的跟随者或领航者进行通讯的设备即可，减少了设备的成本。