AUV回坞路径规划与跟踪控制算法

"自主水下航行器回坞路径规划与跟踪控制 (2012年)：高剑，刘富椅，严卫生通过采用Dubins曲线规划AUV的回坞路径，并设计非线性全局路径跟踪控制策略，实现AUV的精确回坞。" 在2012年发表的一篇论文中，作者高剑、刘富椅和严卫生探讨了自主水下航行器（AUV）的回坞路径规划与跟踪控制问题。回坞是AUV完成任务后返回水下支持平台的重要环节，对AUV的自主回收至关重要。论文中提出了一种基于路径跟踪的AUV回坞控制算法，旨在克服传统方法的局限性。 为了规划AUV的回坞路径，研究者采用了Dubins曲线，这是一种经典的曲线模型，适用于有限转弯半径的移动实体。在这种路径规划中，回坞路径由两段半径等于AUV最小转弯半径的圆弧和一段直线组成，确保路径在起点和终点与AUV的初始航向和回收器入口方向相切，从而保证路径的合理性与可行性。 接下来，他们设计了一种非线性的全局路径跟踪控制策略。通过建立以沿路径运动的参考点为原点的Serret-Frenet坐标系，可以更准确地描述路径跟踪误差并构建其动态模型，有效解决了传统方法中的奇异性问题。论文中将航向角视为路径跟踪误差的控制输入，通过设计航向角指令和路径参数的变化率，实现了路径跟踪误差的全局渐近稳定性，确保AUV能够准确地沿着规划的回坞路径移动。 通过对回坞控制算法的仿真，作者验证了该算法在实际应用中的有效性。仿真结果表明，该方法能有效地指导AUV进行路径规划和跟踪，提高了AUV回坞过程的精度和可靠性。 该研究对AUV的自主导航与控制领域具有重要意义，尤其是在海洋探索、海底作业以及水下设备回收等应用场景中，为AUV的自主回坞提供了理论和技术支持。通过这种方式，可以提高AUV的自主性和任务执行效率，降低人工干预的风险，进一步推动了AUV技术的发展。