自主水下航行器控制系统开发和编队控制的研究.pdf

摘要随着机器人技术的发展,机器人的应用范围越来越广泛,技术也从单机器人发展到多机器人系统。多机器人协同技术可以使用多个相对简单的机器人完成更为复杂的任务,系统更加灵活,鲁棒性更强。多机器人编队技术是多机器人协同技术的一个研究方向。本文研究了多机器人编队技术的几个相关方面, 涉及到控制体系结构,控制系统的开发,路径跟踪,基于约束条件的多机器人编队控制算法几个方面。主要研究成果与创新点为: 一、自主水下航行器控制系统体系结构。提出了面向多机器人系统的分层控制体系结构,将控制系统分为协调规划层、控制驱动层和动作执行层,并对各层的功能划分做了详细的阐述。自主水下航行器控制系统软件开发。采用uC/OS作为控制系统实时操作系统,按照分层控制体系结构要求开发控制系统软件。自主水下航行器控制系统测试。设计了基于CANoe的CAN总线系统测试方案,应用该方案对自主水下航行器控制系统CAN总线部分进行测试。设计了自主水下航行器实时仿真模拟器,并与自主水下航行器控制系统构成闭环系统,对控制系统性能方面进行测试。多机器人编队控制。提出了一种基于动态规划的全局路径规划算法, 介绍了二维平面内的路径跟踪导引算法和带约束的队形保持算法。在此基础上提出了一种基于拉格朗日约束的I_启ader-Follower多机器人编队控制算法。编队控制算法仿真验证。仿真结果表明编队控制算法是稳定、有效的。关键词:多机器人系统,体系结构,uC/0S,CAN总线,编队控制 l, 11, 卧氩 Abstract Thedevelopment ofrobot technique leads toitswidespread application inmany -robotsystem isnew using several relative simple robots,multi-robot cooperation technique makes robot application plex environment thesame time,the robotsystem ismore flexible and -robot formation is one aspect of multi—robot this paper,several aspects are proposed including system architecture,control system development,path following,and formation control algorithmusing constraint maineontributionsa邛as follows: system architeemre ofAUV(Autonomous Underwater Vehicle). Design new layered controlsystem architecture formulti- architectureconsists of planning coordination layer,control layer,and executionlayer,Three layers are described separately indetail. ofcontrolsystem soRware ofcontrol layer software based on uC/OS software fulfillsthelayered controlsystem architecture. testofcontrolsystem testmethod ofCAN bussystem is introducedbased on method isused fortesting CAN bussystem an AUV real—timesimulator which isused fortestingcontrol system ofAUV inclosed loop simulation test. Formation control ofmulti- thispart,pathp|anning based on dynamic pla