КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТИ ПОДДЕРЖАНИЯ СТРОЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ЗАДЕРЖКАХ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ

Аннотация

Изучается влияние задержек в получении навигационной информации на поддержание строя подводных аппаратов в режиме «лидер-ведомые». Исследование опирается на предположение о градиентном принципе управления строем в процессе движения. Сложность задачи обусловлена неизвестностью траектории лидера, неполным знанием и нестационарностью среды, ошибками измерений. Полученные результаты не зависят от конфигурации аппаратов в строе. Показано, что достаточно исследовать влияние навигационных задержек на движение одного аппарата. Основные предположения: траектория движения лидера неизвестна; все взаимодействия между лидером и ведомыми аппаратами синхронизированы; лидер с определенной частотой передает свои координаты другим аппаратам; смещения ведомого аппарата от его места в строе могут происходить в любом пространственном направлении. Предполагается, что между получением данных о положении лидера ведомый аппарат движется по прямой линии в направлении, выбор которого можно сделать многими способами. Рассматрива­ется один из вариантов выбора такого направления и строится математическая модель движения. Ввиду того, что момент поступления информации неизвестен, применяется нелинейный закон для описания движения ведомого аппарата, учитывающий расстояние до целевой точки. Найдены оценки уклонения аппарата от целевой позиции в строе в каждый момент времени, а также усредненные оценки его уклонения на отрезке времени между получением навигационной информации и на всей траектории. Предложена и обоснована верхняя оценка интегрального уклонения, позволяющая дать простую интерпретацию факторов, влияющих на уклонение и нарушение строя

Список литературы

1. Inzartsev A.V., Kiselev L.V., Kostenko V.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Shcherbatyuk A.F. Podvodnye robototekhnicheskie kompleksy: sistemy, tekhnologii, primenenie [Underwater robotic complexes: sys-tems, technologies, application], Izd-vo FGBUN In-t problem morskikh tekhnologiy DVO RAN, 2018, 368 p.

2. Inzartsev A.V., Kiselev L.V., Matvienko Yu.V. Navigatsiya i upravlenie avtonomnykh podvodnykh ro-botov [Navigation and control of autonomous underwater robots], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2010, No. 3 (104), pp. 164-169.

3. Yang Y., Xiao Y., Li T. A Survey of Autonomous Underwater Vehicle Formation: Performance, For-mation Control, and Communication Capability, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2021, Vol. 23, No. 2, pp. 815-841.

4. Hadi B. Adaptive Formation Motion Planning and Control of Under-Actuated Autonomous Underwater Vehicles Using Deep Reinforcement Learning, 2023.

5. Schaub H., Vadali S.R., Alfriend K.T. Spacecraft formation flying control using mean orbit elements, Journal of the Astronautical Sciences, 2000, Vol. 48, No. 1, pp. 69-87.

6. Das B., Subudhi B., Pati B.B. Cooperative Formation Control of Autonomous Underwater Vehicles: An Overview, International Journal of Automation and Computing, 2016, Vol. 13, No. 3, pp. 199-225.

7. Hadi B., Kharrati H., Tatar Y. A Review of the Path Planning and Formation Control for Autonomous Underwater Vehicles, Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2021, Vol. 101, Article 44.

8. Das A.K., Fierro R., Kumar V., Ostrowski J.P., Spletzer J., Taylor C.J. A vision-based formation con-trol framework, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 2002, Vol. 18, No. 5, pp. 813-825.

9. Lawton J.R., Beard R.W., Young B.J. A decentralized approach to formation maneuvers, IEEE Transac-tions on Robotics and Automation, 2003, Vol. 19, No. 6, pp. 933-941.

10. Lewis M.A., Tan K.-H. High precision formation control of mobile robots using virtual structures, Au-tonomous Robots, 1997, Vol. 4, No. 4, pp. 387-403.

11. Li L., Yan Z., Yu S. et al. Formation Control of Multiple Autonomous Underwater Vehicles under Communication Delay, Packet Discreteness and Dropout, Journal of Marine Science and Engineering, 2022, Vol. 10, No. 7, Article 920.

12. Yan T. et al. Formation Control of Multiple Autonomous Underwater Vehicles: A Comprehensive Overview of Recent Advances, Intelligence & Robotics, 2023.

13. Chen Y., Li C., Chen J. et al. A Formation Control Method for AUV Group Under Communication Constraints, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2022, Vol. 10, Article 848641.

14. Bechlioulis C.P., Karras G.C., Heshmati-Alamdari S., Kyriakopoulos K.J. Robust Formation Control for Multiple Underwater Vehicles, Frontiers in Robotics and AI., 2019, Vol. 6, Article 90.

15. Fan X., Guo Y., Liu H., Wei B., Lyu W. Improved Artificial Potential Field Method Applied for AUV Path Planning, Mathematical Problems in Engineering, 2020, Article 6523158, 21 p. DOI: 10.1155/2020/6523158.

16. Beloglazov D.A., Gayduk A.R., Kosenko E.Yu. i dr. Gruppovoe upravlenie podvizhnymi ob"ektami v neopredelennykh sredakh [Group control of moving objects in uncertain environments], ed. by V.Kh. Pshikhopova. Moscow: Fizmatlit, 2015, 304 p.

17. Filimonov A.B., Filimonov N.B., Barashkov A.A. Voprosy postroeniya potentsial'nykh poley v zadachakh lokal'noy navigatsii mobil'nykh robotov [Issues of constructing potential fields in problems of local navigation of mobile robots], Avtometriya [Autometria], 2019, Vol. 55, No. 4, pp. 65-70.

18. Guldner J., Utkin V.I. Tracking the gradient of artificial potential fields: Sliding mode control for mobile robots, International Journal of Control, 1996, Vol. 63, No. 3, pp. 417-432.

19. Yan Z., Li L., Yu S. et al. Adaptive Formation Control of Unmanned Underwater Vehicles with Collision Avoidance and Environment Adaptation, Journal of Marine Science and Engineering, 2022,

Vol. 10, No. 4, Article 516.

20. Xia G., Zhang Y., Zhang W., Chen X., Yang H. Multi-timescale 3-D Coordinated Formation Control for Multi-Underactuated AUV with Uncertainties: Design and Stability Analysis Using Singular Perturba-tion Methods, Ocean Engineering, 2021, Vol. 230, Article 109053. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.109053.

21. Karkishchenko A.N. Gradientnyy metod formirovaniya stroya podvodnykh apparatov na osnove veroyatnostnogo funktsionala [Gradient method for forming a formation of underwater vehicles based on a probabilistic functional], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, Automation, Control], 2025, Vol. 26, No. 4, pp. 209-219.

22. Zhen Q. et al. Formation Control of a Multi-AUVs System Based on Virtual Structure and Artificial Potential Field, Ocean Engineering, 2022.

Скачивания

Опубликовано:

2026-09-10

Номер:

№ 4 (2026)

Раздел:

РАЗДЕЛ II. АНАЛИЗ ДАННЫХ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

DOI:

https://doi.org/10.18522/2311-3103-2026-4-212-226

Ключевые слова:

Подводный аппарат, лидер-ведомые, поддержание строя, уклонение от позиции, верхние оценки

Для цитирования:

Каркищенко А.Н. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТИ ПОДДЕРЖАНИЯ СТРОЯ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ ПРИ ЗАДЕРЖКАХ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ. Известия ЮФУ. Технические науки.. – 2026. - № 4. – С. 212-226.