16、具有时变延迟的AUV跟踪与编队控制研究

具有时变延迟的AUV跟踪与编队控制研究

1. 研究背景与意义

在水下作业中，自主水下航行器（AUV）的应用越来越广泛。然而，AUV在执行任务时面临着时变延迟和输入饱和等问题，这给其位置跟踪和编队控制带来了挑战。解决这些问题对于提高AUV的作业效率和可靠性具有重要意义。

2. 单AUV跟踪控制

2.1 现有研究不足

目前，虽然已经有许多针对单AUV跟踪问题的控制器被提出，如结合PD控制和自适应律的跟踪控制器、基于反步法和反馈线性化技术的跟踪控制器等。但这些研究大多没有考虑通信延迟的影响，而在实际应用中，通信延迟是不可避免的，会对AUV的跟踪性能产生显著影响。

2.2 模型与问题描述

对于AUV $i$，其在体坐标系（BRF）中的线速度和角速度向量定义为 $v_i = [u_i, υ_i, w_i, p_i, q_i, r_i]^T$，在惯性坐标系（IRF）中的位置和姿态向量定义为 $\eta_i = [x_i, y_i, z_i, \varphi_i, \theta_i, \psi_i]^T$。AUV的运动可以描述为：
$\dot{\eta}_i = J_iv_i$
$M_iPv_i + C_i(v_i)v_i + D_i(v_i)v_i + g_i(\eta_i) = F_i$
其中，$M_i$ 是惯性矩阵，$C_i(v_i)$ 是科里奥利 - 向心矩阵，$D_i(v_i)$ 是水动力阻尼矩阵，$g_i(\eta_i)$ 是重力和浮力效应向量，$F_i$ 是施加的力，$J_i$ 是从BRF到IRF的变换矩阵。

该运动模型可以转换为：
$\overli