海洋智能无人系统技术：二维平面轨迹控制

本节介绍仅在水平或垂直平面上进行航行操纵的两种简化情况。

1）水平面引导

对于在水平面进行AUV操纵的情况，轨迹仅由坐标x1和x2的两个参考多项式表示。因此，只有5个不同的参数，分别是τf，和。其余的运动公式与上述z≡0、z′≡0和γ≡0的公式相同。图11.9显示了一个平面场景的例子。首先，在监测到阻挡其原始路径的障碍物后，生成一条新的轨迹以向右转向行驶并在物体前方安全地通过（虚线）。其次，在执行第一次规避操纵时，AUV监测到物体已向南移动至其路径中。因此，它产生了一个新的轨迹，向左转并安全地通过物体的船尾。完整的轨迹显示为实线。

图11.9　水平面上的移动障碍回避

2）垂直面引导

对于在垂直平面中操纵AUV的情况，可以以类似水平情况的方式将3D算法简化为2D情况。具体来说，可以使用5个不同的参数τf，和为x1和x3建立参考轨迹，假设y≡0、y′≡0和Ψ≡0。

或者，可以使用单个参考多项式来近似x3，然后整合式（11.4）的第三个等式来获得起伏速度w。计算时间间隔Δtj-1使用下式代替式（11.25）。

另一种处理垂直面操纵的方法是转化动力学方程式（11.4）。在计算了两个坐标x1和x3的参考函数后，根据5个变量参数τf，和计算船尾平面δs控制输入。(www.xing528.com)

这种情况下，计算相应的时间间隔Δtj-1与式（11.28）类似，如式（11.29）。

使用式（11.4）的第三个等式计算起伏速度，如式（11.30）。

下一步计算纵摇角，纵摇速率和纵摇加速度，表示为式（11.31）。

最后使用式（11.4）中的第五个等式计算跟随轨迹所需的下潜平面偏转，如式（11.32）。

这种情况下联合惩罚函数Δ的最后两项与式（11.27）类似，生成了新的控制条件|δs|≤δsmax和||≤。