51、水下无人航行器编队控制与无人机群临时分布式层级系统

水下无人航行器编队控制与无人机群临时分布式层级系统

1. 水下无人航行器（AUV）编队控制

在海洋环境中，AUV 的编队控制面临着诸多挑战，如海洋水流的变化、水动力影响等。为应对这些问题，自适应编队控制方法被提出。这些方法允许分散实施，在机器人有多个竞争目标时，自然地推导出控制策略。

1.1 AUV 运动学建模与控制

为描述第 $i$ 个 AUV 的运动，使用了车辆坐标系 $O_vX_vY_vZ_v$ 和导航坐标系 $O_oX_oY_oZ_o$。欠驱动 AUV 的运动学模型如下：
[
\begin{cases}
\dot{x} i = v {H_i} \cos \theta_i \
\dot{y} i = v {H_i} \sin \theta_i \
\dot{z} i = v_i \sin \psi_i \
\dot{\theta}_i = r_i \
\dot{\psi}_i = w_i
\end{cases}
]
其中，$q_i = [x_i, y_i, z_i, \theta_i, \psi_i, \varphi_i]^T$ 表示第 $i$ 个 AUV 的位姿，$v_i$ 是第 $i$ 个 AUV 的水平速度，$v {H_i} = v_i \cos \psi_i$，$\psi_i$ 是第 $i$ 个 AUV 的俯仰角，$\theta_i$ 是第 $i$ 个 AUV 的航向角。

为实现自主巡航和编队，采用 S 表面控制器作为 AUV 的运动控制器：
[
T_i = \frac{