水下滑翔机的集群控制方法、装置、设备和存储介质

本申请涉及水下机器人控制，特别是涉及一种水下滑翔机的集群控制方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

1、水下滑翔机（ug）是一种利用净浮力和姿态角来获取动力的水下无人机器人，由于其低能耗,成本相对廉价且长航程的优势，其广泛运用于海洋探索等需要。但单滑翔机由于其航速较低，体积小且功能较为单一，故通常将ug进行群体应用。由于水下滑翔机仅在水面时方通过卫星进行信号交互，故如何对水下滑翔机进行航向角控制使其保持一致，一直是水下滑翔机的关键问题。基于此，学术界做出了大量研究，提出了pid控制，滑模控制，神经网络控制等方法。

2、然而，pid控制基于线性控制，水下滑翔机的运动具有非线性性质，故有时其无法满足快速准确的要求。滑模控制相较于此，具有较好的鲁棒性，但在抖振现象上存在显著的缺点。基于神经网络的水下滑翔机控制则具有着良好的自学习能力，但通常存在执行上的频繁变化，导致加大ug的能耗，且通常收敛时间过长，实际应用不理想。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在较低能耗下实现精准控制的水下滑翔机的集群控制方法、装置、设备和存储介质。

2、一种水下滑翔机的集群控制方法，所述方法包括：

3、获取当前时刻出水面滑翔机的位置信息，该滑翔机属于滑翔机集群中的一台；

4、根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度以及当前时刻出水面滑翔机的位置信息，采用由cucker-smale模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度；

5、根据计算得到的最新偏航角度对所述当前时刻出水面滑翔机的入水偏航角度进行控制。

6、在其中一实施例中，采用所述集群控制方法对滑翔机集群中的每一台滑翔机进行控制，使得各台滑翔机具有相同运动方向、相同速度以及与其他滑翔机之间保持预设间距。

7、在其中一实施例中，在采用所述偏航角度计算模型中：

8、根据当前时刻出水面滑翔机的位置信息以及集群中其他滑翔机的最新出水位置信息计算得到，当前时刻出水面滑翔机与其他滑翔机最新出水位置之间的出水位置距离；

9、计算集群中其他滑翔机的最新偏航角度与当前时刻出水面滑翔机在上一个剖面的入水偏航角度之间的偏航角度差值；

10、根据所述出水位置距离以及偏航角度差值对当前时刻出水面滑翔机的最新偏航角度进行计算，得出下一个剖面滑翔机应调整到的偏航角。

11、在其中一实施例中，在无洋流的情况下，所述偏航角度计算模型表示为：

12、

13、在上式中，表示已走的剖面数量，表示当前剖面中第个出水面滑翔机的偏航角度，即当前需要进行控制的滑翔机的偏航角度，表示集群中滑翔机的数量，表示其他滑翔机的最新偏航角度与当前时刻出水面滑翔机在上一个剖面的入水偏航角度之间的偏航角度的影响函数，为距离权重函数，其中表示当前需要进行控制的滑翔机出水位置与集群中其他滑翔机最新出水位置之间的距离,范数取2范数。

14、在其中一实施例中，在有洋流的情况下，所述偏航角度计算模型表示为：

15、。

16、在上式中，表示第个剖面到第个剖面滑翔机在水下运行过程中水下洋流对偏航角产生的影响。

17、在本申请中，还提供了一种水下滑翔机的集群控制装置，所述装置包括：

18、实时信息获取模块，用于获取当前时刻出水面滑翔机的位置信息，该滑翔机属于滑翔机集群中的一台；

19、偏航角度计算模块，用于根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度以及当前时刻出水面滑翔机的位置信息，采用由库克－斯梅尔模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度；

20、集群控制模块，用于根据计算得到的最新偏航角度对所述当前时刻出水面滑翔机的入水偏航角度进行控制。

21、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

22、获取当前时刻出水面滑翔机的位置信息，该滑翔机属于滑翔机集群中的一台；

23、根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，以及未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度，采用由cucker-smale模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度；

24、根据计算得到的最新偏航角度对所述当前时刻出水面滑翔机的入水偏航角度进行控制。

25、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

26、获取当前时刻出水面滑翔机的位置信息，该滑翔机属于滑翔机集群中的一台；

27、根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度以及当前时刻出水面滑翔机的位置信息，采用由库克－斯梅尔模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度；

28、根据计算得到的最新偏航角度对所述当前时刻出水面滑翔机的入水偏航角度进行控制。

29、上述水下滑翔机的集群控制方法、装置、设备和存储介质，通过获取集群中当前时刻出水面滑翔机的位置信息，并根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度以及当前时刻出水面滑翔机的位置信息，采用由库克－斯梅尔模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度，并根据该最新偏航角度对刚出水面的滑翔机进行控制，使其在该偏航角度下再一下入水。采用本方法保证各滑翔机能耗较低的同时，实现集群控制。

技术特征：

1.一种水下滑翔机的集群控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的水下滑翔机的集群控制方法，其特征在于，采用所述集群控制方法对滑翔机集群中的每一台滑翔机进行控制，使得各台滑翔机具有相同运动方向、相同速度以及与其他滑翔机之间保持预设间距。

3.跟据权利要求2所述的水下滑翔机的集群控制方法，其特征在于，在采用所述偏航角度计算模型中：

4.根据权利要求3所述的水下滑翔机的集群控制方法，其特征在于，在无洋流的情况下，所述偏航角度计算模型表示为：

5.根据权利要求4所述的水下滑翔机的集群控制方法，其特征在于，在有洋流的情况下，所述偏航角度计算模型表示为：

6.一种水下滑翔机的集群控制装置，其特征在于，所述装置包括：

7.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结本申请涉及一种水下滑翔机的集群控制方法、装置、设备和存储介质，所述方法通过获取集群中当前时刻出水面滑翔机的位置信息，并根据当前剖面中，已出水的滑翔机出水位置信息以及最新入水偏航角度，未出水的滑翔机在上一个剖面中的出水位置信息以及入水偏航角度以及当前时刻出水面滑翔机的位置信息，采用由Cucker‑Smale模型构建的偏航角度计算模型进行计算，得到最新偏航角度，并根据该最新偏航角度对刚出水面的滑翔机进行控制，使其在该偏航角度下再一下入水。采用本方法保证各滑翔机能耗较低的同时，实现集群控制。技术研发人员：李乐,杨海帆受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18