·350· 智能系统学报 第17卷 UUV位姿信息。在对抗过程中，双方的攻击方式 武器。为方便理论研究和设计仿真实验，对参与 均为发射任务模块，双方的策略对对方不可知 对抗的UUV的尺寸和机动能力以及武器参数等 的，所有参与对抗的UUV仅能通过声呐探测到 比例地缩小，表1所示为UUV的参数配置。 表1红蓝UUV配置参数 Table 1 Configuration parameters of red and blue UUVs 速度 探测声呐 任务模块 UUV 数量/台 正常航行速 最大航行速 探测范 速度/ 作用距 毁伤半 开角/（°） 数量/枚 度/(ms 度/(ms) 围/m (m's) 离m 径m 红方UUV Vnot Vmax D A 2 Vo L R 蓝方UUV 2Vnot 1.5Vmax 1.5D 1.2A 3 1.5Vm1.2L 1.5R 2设计UUV运动控制器 进行逃逸。如图3所示，设山为任务模块的艏向 角，r为UUV艏向角，任务模块的航向向量为T, 由于本文所研究的多UUV对抗过程中的机 UUV的航向向量为H。此时，若任务模块位于UUV 动行为不包括升潜运动，所以本文利用增量式 左舷，则UUV逃逸方向即此时的期望艏向为 PID根据UUV的控制需求，设计UUV三自由度 π 运动控制器。将控制UUV水平面运动的增量式 中a=or- ×ag (1) PD运动控制器分为两部分：速度控制器和艏向 式中： 控制器。由于本文所研究的UUV是欠驱动的， 无法控制UUV的横向速度，因此，UUV的速度控 e-仕78 TxH<0 制主要是通过控制UUV的纵向推力来控制UUV 的纵向速度，使得UUV的实际纵向速度达到期 望速度。艏向控制器是通过控制UUV的转艏力 Ψa 矩来控制UUV的艏向，使其实际艏向达到期望 艏向。基于增量式PID设计的UUV水平面运动 控制器如图2所示。 红方UUV 多普勒计程仪 来袭任务模块 n实测速度 山4期望速度 速度 UUV 4速度误差 控制器 推进器 图3针对任务模块的逃逸方向 UUV Fig.3 Escape direction for mission modules 华期望艏向 华。脂向误差 赠向 UUV 控制器 方向舵 UUV在针对来袭UUV的逃逸方向选择上借 w实测艏向 鉴人工势场网的思想如图4所示。 罗经 来袭方UUV 图2基于增量式PID的UUV运动控制框图 Fig.2 UUV motion controller based on incremental PID 思 3UUV基本行为定义 蓝方UUV 根据参与对抗的UUV所执行的任务和分配 到的角色将UUV的基本行为划分成以下5种： 来袭方UUV, 1)逃逸 图4针对来袭UUV的逃逸方向 这一基本行为是指当UUV受到任务模块威 Fig.4 Escape direction for incoming UUV 胁时，通过艏向控制，选择最快远离威胁的方向 来袭UUV相当于给己方UUV生成一个斥UUV 位姿信息。在对抗过程中，双方的攻击方式 均为发射任务模块，双方的策略对对方不可知 的，所有参与对抗的 UUV 仅能通过声呐探测到 武器。为方便理论研究和设计仿真实验，对参与 对抗的 UUV 的尺寸和机动能力以及武器参数等 比例地缩小，表 1 所示为 UUV 的参数配置。 表 1 红蓝 UUV 配置参数 Table 1 Configuration parameters of red and blue UUVs UUV 数量/台 速度 探测声呐 任务模块 正常航行速 度/ (m·s−1) 最大航行速 度/(m·s−1) 探测范 围/m 开角/(°) 数量/枚 速度/ (m·s−1) 作用距 离/m 毁伤半 径/m 红方UUV 3 Vnor Vmax D A 2 Vm L R 蓝方UUV 1 2Vnor 1.5Vmax 1.5D 1.2A 3 1.5Vm 1.2L 1.5R 2 设计 UUV 运动控制器 由于本文所研究的多 UUV 对抗过程中的机 动行为不包括升潜运动，所以本文利用增量式 PID 根据 UUV 的控制需求，设计 UUV 三自由度 运动控制器。将控制 UUV 水平面运动的增量式 PID 运动控制器分为两部分：速度控制器和艏向 控制器。由于本文所研究的 UUV 是欠驱动的， 无法控制 UUV 的横向速度，因此，UUV 的速度控 制主要是通过控制 UUV 的纵向推力来控制 UUV 的纵向速度，使得 UUV 的实际纵向速度达到期 望速度。艏向控制器是通过控制 UUV 的转艏力 矩来控制 UUV 的艏向，使其实际艏向达到期望 艏向。基于增量式 PID 设计的 UUV 水平面运动 控制器如图 2 所示。 速度 控制器 UUV 推进器 多普勒计程仪 ud 期望速度 u 实测速度 ue 速度误差 艏向 控制器 UUV 方向舵 罗经 ψ 实测艏向 ψe 艏向误差 ⊗ ⊗ UUV + + − − ψd 期望艏向 图 2 基于增量式 PID 的 UUV 运动控制框图 Fig. 2 UUV motion controller based on incremental PID 3 UUV 基本行为定义 根据参与对抗的 UUV 所执行的任务和分配 到的角色将 UUV 的基本行为划分成以下 5 种： 1) 逃逸 这一基本行为是指当 UUV 受到任务模块威 胁时，通过艏向控制，选择最快远离威胁的方向 ψtor ψR T H 进行逃逸。如图 3 所示，设 为任务模块的艏向 角， 为 UUV 艏向角，任务模块的航向向量为 ， UUV 的航向向量为 。此时，若任务模块位于 UUV 左舷，则 UUV 逃逸方向即此时的期望艏向为 ψd = ψtor − π 2 ×flag (1) 式中： flag = { −1, T × H < 0 1, T × H > 0 红方 UUV 来袭任务模块 ψtor ψR ψd 图 3 针对任务模块的逃逸方向 Fig. 3 Escape direction for mission modules UUV 在针对来袭 UUV 的逃逸方向选择上借 鉴人工势场[29] 的思想如图 4 所示。 ψB ψd 蓝方 UUV 来袭方 UUV1 来袭方 UUV2 图 4 针对来袭 UUV 的逃逸方向 Fig. 4 Escape direction for incoming UUV 来袭 UUV 相当于给己方 UUV 生成一个斥 ·350· 智 能 系 统 学 报 第 17 卷