[科普中國(guó)]-船舶編隊(duì)控制

名詞解釋

船舶編隊(duì)是指兩艘或兩艘以上的船舶在某個(gè)海域完成戰(zhàn)略任務(wù)或運(yùn)輸任務(wù)組織的船舶集群。編隊(duì)中的船舶各有所長(zhǎng)，并將各自完成的任務(wù)有機(jī)地組織起來協(xié)作完成某一確定的任務(wù)。船舶在出海時(shí)，通常需要組成一定的編隊(duì)以集中的力量，相互配合才能更出色的執(zhí)行工作，如海上作戰(zhàn)，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)?。船舶編?duì)從可變性上主要可以分為固定編隊(duì)和臨時(shí)編隊(duì)，固定編隊(duì)指多艘船舶具有固定結(jié)構(gòu)的編隊(duì)，而臨時(shí)編隊(duì)則是指在船舶執(zhí)行任務(wù)的過程中，根據(jù)任務(wù)需要臨時(shí)組成的編隊(duì)，編隊(duì)中成員作用與相對(duì)位置變化靈活。編隊(duì)基本要求為：最大限度的發(fā)揮編隊(duì)的整體優(yōu)勢(shì)以及兵力和武器炮火的威力；編隊(duì)能實(shí)時(shí)機(jī)動(dòng)地變換隊(duì)形；能夠密切協(xié)作，同時(shí)方便整體指揮。船舶編隊(duì)問題研究主要包括的避碰、船舶導(dǎo)航、船舶的隊(duì)形控制等許多方面的內(nèi)容。由于各船舶導(dǎo)航裝備的導(dǎo)航精度以及在協(xié)同網(wǎng)絡(luò)下發(fā)揮的作用等方面不盡相同，因此，合理的確定各船在協(xié)同網(wǎng)絡(luò)下的位置，有效地對(duì)編隊(duì)隊(duì)形進(jìn)行控制，以及提高各船導(dǎo)航精度，將與各船所發(fā)揮的作用就有很大的關(guān)系1。

控制方法1. 領(lǐng)導(dǎo)跟隨者法領(lǐng)導(dǎo)跟隨者就是從多艘船中選出一個(gè)作為領(lǐng)航者，而編隊(duì)中剩余的其他船就作為跟隨者緊跟領(lǐng)航者航行。該策略的關(guān)鍵在于它將編隊(duì)與軌跡位置的偏差進(jìn)行了變換，這樣就方便用控制理論的方法對(duì)其進(jìn)行研究。

2. 基于行為法基于行為法就是將多船編隊(duì)行為分成幾個(gè)小的動(dòng)作，每個(gè)小的動(dòng)作都有自己的目標(biāo)控制器，而且每個(gè)動(dòng)作的輸出又可以當(dāng)作輸入輸送到其他動(dòng)作的控制器中。通過這樣一系列的行為交互，最終實(shí)現(xiàn)編隊(duì)控制的任務(wù)。基于行為法的核心在于如何設(shè)計(jì)并選取有效的一系列行為來最終實(shí)現(xiàn)多船編隊(duì)任務(wù)。

3. 虛擬結(jié)構(gòu)法虛擬結(jié)構(gòu)法的最關(guān)鍵的思想就是將整個(gè)編隊(duì)系統(tǒng)看作一個(gè)整體，也就是一個(gè)虛擬的剛性結(jié)構(gòu)，而編隊(duì)的每個(gè)成員都看作剛性結(jié)構(gòu)中相對(duì)固定的一點(diǎn)。當(dāng)隊(duì)形進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，就是整個(gè)編隊(duì)跟蹤一虛擬點(diǎn)的問題。相對(duì)于領(lǐng)導(dǎo)跟隨者，因?yàn)樘摂M結(jié)構(gòu)法不存在領(lǐng)航者，而且可以將編隊(duì)帶來的誤差引入到系統(tǒng)中，所以可取得較高的控制精度。

4. 基于圖論法由于多船編隊(duì)控制在執(zhí)行任務(wù)的過程中具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，所以他們之間的結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的，所以當(dāng)多船由于通信、控制的原因而形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，那么就必須通過數(shù)學(xué)中的圖論將此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模成圖的形式。因?yàn)閳D論的發(fā)展已經(jīng)非常完善，所以以圖論為基礎(chǔ)將編隊(duì)進(jìn)行建模后，就能更成熟地來分析多船系統(tǒng)的性質(zhì)。

優(yōu)點(diǎn)1）船舶編隊(duì)系統(tǒng)中的每艘船是分布在不同位置上的，可以同時(shí)在工作空間中的不同位置完成各自的工作，同時(shí)又可以將單獨(dú)完成的工作有機(jī)的結(jié)合起來，使整體工作快速有效地的得到完成2。

2）船舶編隊(duì)中，部分平臺(tái)具有有界導(dǎo)航誤差的導(dǎo)航能力，通過協(xié)同編隊(duì)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)信息共享，可以使得系統(tǒng)中每個(gè)平臺(tái)都具有誤差有界導(dǎo)航能力。

3）編隊(duì)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力，這是因?yàn)槎喑蓡T系統(tǒng)中，每個(gè)成員都具有獨(dú)立完成整體中的一部分任務(wù)的能力，當(dāng)某些成員由于外界環(huán)境的影響或設(shè)備損壞等原因而使成員喪失了執(zhí)行任務(wù)的能力的時(shí)候，編隊(duì)系統(tǒng)可以將任務(wù)重新分配給其他成員以確保任務(wù)的順利完成。

4）編隊(duì)系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性和對(duì)資源的高效利用率。編隊(duì)中的各個(gè)成員的功能不盡相同，而在不同的工作環(huán)境中，由于不確定因素的存在，需要具有不同適應(yīng)能力的成員完成工作，若采用獨(dú)立的工作模式則很容易出現(xiàn)意想不到的情況。