水下机器人分布式编队控制:自适应SOM神经网络方法

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"这篇论文提出了一种自适应自组织映射(SOM)神经网络方法,用于水下机器人(AUVs)的分布式编队控制。该方法允许一组AUV在保持编队形状的同时移动到预设路径上的目标位置,并考虑了工作负载平衡和能源效率。此外,编队还能够避开障碍物并根据需要改变形状。" 在现代海洋探索和科学研究中,自主水下机器人(AUVs)的编队控制是至关重要的技术。论文“An Adaptive SOM Neural Network Method for Distributed Formation Control of a Group of AUVs”探讨了如何利用自适应自组织神经网络实现这一目标。SOM神经网络是一种无监督学习算法,它能够自组织地将输入数据映射到一个二维结构上,形成所谓的“地图”。 在本文中,作者 Xin Li 和 Daqi Zhu 提出的方法中,每个AUV的控制器只使用自身的信息以及有限的邻居AUV的信息,实现了控制律的分布式设计。这样可以减少通信开销,提高系统的鲁棒性和可靠性。编队控制策略基于自我组织的竞争计算,同时考虑了工作负载平衡,确保所有AUV在完成任务的同时能有效地分配能量。 论文进一步阐述了如何通过这种控制策略使AUV编队能够在预定轨迹上按照期望的编队形状达到目标位置。在遇到障碍时,编队能够灵活地调整其形状以避开障碍物,体现了编队的动态适应性。此外,这种分布式领导者-跟随者结构使得整个系统更加稳定,因为领导AUV可以引导其他成员,而每个成员只需关注与其相邻的AUV。 论文内容深入探讨了自适应SOM网络的具体实现细节,包括网络训练过程、邻域关系的定义、以及如何根据环境变化实时调整控制策略。通过仿真和可能的实验验证,作者证明了该方法的有效性和实用性,为水下机器人编队控制提供了新的理论和技术支持。 这篇论文为水下机器人编队控制提供了一个创新的解决方案,结合了机器学习和分布式控制理论,有望在海洋探测、海底作业等领域得到广泛应用。这种方法不仅提高了AUV编队的自主性,还确保了任务的高效执行和系统的稳定性。