【UAV】基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制实现水下勘探的先进AUV控制方法附matlab代码

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内容介绍

随着海洋科学研究和资源开发的不断深入，水下自主航行器（AUV）作为一种重要的海洋装备，在海洋勘探、水下作业和科学研究等领域发挥着越来越重要的作用。AUV 的控制技术是实现其自主航行和完成任务的关键，而基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制方法是 AUV 控制领域的研究热点之一。

一、基于李亚普诺夫的跟踪控制方法

基于李亚普诺夫的跟踪控制方法是一种经典的控制方法，其基本思想是通过设计一个李亚普诺夫函数，并利用该函数来设计控制律，使系统状态收敛到期望状态。该方法具有鲁棒性强、易于实现等优点，在 AUV 控制领域得到了广泛的应用。

在 AUV 跟踪控制中，李亚普诺夫函数通常被设计为系统状态与期望状态之间的误差平方和。控制律则根据李亚普诺夫函数的导数来设计，使得李亚普诺夫函数的导数始终为负，从而保证系统状态收敛到期望状态。

二、基于李亚普诺夫的动态编队控制方法

基于李亚普诺夫的动态编队控制方法是一种用于控制多台 AUV 协同工作的控制方法。其基本思想是通过设计一个李亚普诺夫函数，并利用该函数来设计控制律，使多台 AUV 能够保持期望的编队队形，并能够跟踪期望的轨迹。

在 AUV 动态编队控制中，李亚普诺夫函数通常被设计为多台 AUV 之间的相对位置误差平方和。控制律则根据李亚普诺夫函数的导数来设计，使得李亚普诺夫函数的导数始终为负，从而保证多台 AUV 能够保持期望的编队队形，并能够跟踪期望的轨迹。

三、基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制方法在水下勘探中的应用

基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制方法在水下勘探中具有广泛的应用前景。例如，在水下地形测绘中，可以使用基于李亚普诺夫的跟踪控制方法来控制 AUV 沿预定的航线航行，并使用声呐等传感器对水下地形进行测量。在水下目标搜索中，可以使用基于李亚普诺夫的动态编队控制方法来控制多台 AUV 协同工作，并对水下目标进行搜索和定位。

部分代码

function out=dynamic_control(in)global kp1 kp2 kp3​uu=in(1:3);uc=in(4:6);uc_dot=in(7:9);t=in(10);​​u=uu(1);v=uu(2);r=uu(3);​​​dvc=[uc_dot(1);uc_dot(2);uc_dot(3)];E1=uc(1)-u;E2=uc(2)-v;E3=uc(3)-r;EE=[E1;E2;E3];​​m11=215;m22=265;m33=80;xu=70;xuu=100;yv=100;yvv=200;nr=50;nrr=100;​C=[(m22/m11)*v*r-(xu/m11)*u-1*(xuu/m11)*u*abs(u);    (-(m11*u*r/m22)-(yv*v)/m22-(yvv*v*abs(v))/m22);    ((m11-m22)/m33)*v*u-(nr/m33)*r-1*(nrr/m33)*r*abs(r)];% gain=3000;​tau=diag([m11,m22,m33])*(dvc-C+[kp1*E1^1;kp2*E2^1;kp3*E3^1]);​out=[tau;EE];

⛳️ 运行结果

四、结语

基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制方法是 AUV 控制领域的研究热点之一，具有鲁棒性强、易于实现等优点，在水下勘探中具有广泛的应用前景。随着 AUV 技术的不断发展，基于李亚普诺夫的跟踪和动态编队控制方法将在水下勘探中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 严沈,顾洲,杨帆.基于李亚普诺夫函数差分的水面无人艇事件触发控制方法:CN202111435739.1[P].CN202111435739.1[2024-02-12].

[2] 严沈,顾洲,杨帆.基于李亚普诺夫函数差分的水面无人艇事件触发控制方法:202111435739[P][2024-02-12].

[3] 侯世英,曾建兴,孙韬,等.基于李亚普诺夫稳定性分析的APF新型控制策略[J].电力自动化设备, 2010(10):5.DOI:10.3969/j.issn.1006-6047.2010.10.007.

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