Обзор методов управления группой автономных необитаемых подводных объектов

Авторы: Алферова И.В.
Опубликовано в выпуске: #6(101)/2025
DOI:
Раздел: Информатика, вычислительная техника и управление | Рубрика: Информационные технологии. Компьютерные технологии. Теория вычислительных машин и систем
Ключевые слова: навигация, управление движением, автономный необитаемый подводный аппарат, архитектура мультиагентной системы управления, акустическое позиционирование
Опубликовано: 19.12.2025

Выполнен обзор существующих методов управления группой автономных необитаемых подводных объектов (АНПА). Изучены особенности движения подводного беспилотного аппарата. Проанализированы различные архитектуры мультиагентных систем. Выделен критерий классификации методов управления группой АНПА — протоколы управления. В соответствии с этим критерием методы были распределены по трем категориям: с централизованной координирующей формой управления, децентрализованной и гибридной. Перечислены преимущества и недостатки каждой из форм управления. Методы, в которых применяется децентрализованная форма управления, в свою очередь, также были подразделены на несколько подгрупп: структура «следование за лидером»; виртуальная структура; подходы, основанные на поведении; подходы, основанные на искусственном потенциальном поле и др. Проведен сравнительный анализ рассматриваемых методов. Сделан вывод о том, что выбор используемой архитектуры зависит от условий конкретной задачи, поскольку преимущества, которыми обладает каждый из методов, могут быть использованы для решения определенных задач.

Литература

[1] Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Костенко В.В. и др. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение. Владивосток, Институт проблем морских технологий ДВО РАН, 2018, 368 с.

[2] Аллакулиев Ю.Б., Емелин В.И. Постановка проблемы управления автономными необитаемыми подводными аппаратами и формирование путей ее решения. Системы управления, связи и безопасности, 2018, № 4, с. 110–120.

[3] Sayouti A., Medromi H. Multi-agent systems and its application to control vehicle underwater. International Journal of Applied Information Systems, 2015, vol. 9, no. 7. https://doi.org/10.5120/ijais2015451435

[4] Yue Yang, Yang Xiao, Tieshan Li. A Survey of Autonomous Underwater Vehicle Formation: Performance, Formation Control, and Communication Capability. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 2021, vol. 23, iss. 2, pp. 815–841. https://doi.org/10.1109/COMST.2021.3059998

[5] Быкова В.С., Мартынова Л.А., Машошин А.И., Пашкевич И.В. Алгоритмы функционирования мультиагентной системы управления автономным необитаемым подводным аппаратом. Информационные технологии в управлении. 13-я Мультиконференция по проблемам управления: сб. тр. Санкт-Петербург, ГНЦ РФ АО Концерн ЦНИИ Электроприбор, 2020, с. 187–191.

[6] Туфанов И.Е. Методы решения обзорно-поисковых задач с применением групп автономных необитаемых подводных аппаратов. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Владивосток, 2014, 21 с.

[7] Мартынова Л.А. Киселев Н.К., Мысливый А.А. Метод выбора архитектуры мультиагентной системы управления автономного необитаемого подводного аппарата. Информационно-управляющие системы, 2020, № 4, с. 31–41. https://doi.org/10.31799/1684-8853-2020-4-31-41

[8] Ложкин К.В. Исследование способов прокладки маршрута движения подводного беспилотного аппарата. Столыпинский вестник, 2020, № 2, с. 489–495.

[9] Liang Li Yiping Li, Yuexing Zhang, Gaopeng Xu, Junbao Zeng. Formation Control of Multiple Autonomous Underwater Vehicles under Communication Delay, Packet Discreteness and Dropout. Marine Science and Engineering, 2022, vol. 10, no. 7. https://doi.org/10.3390/jmse10070920

[10] Yamashita A., Arai T., Ota J. Motion planning of multiple mobile robots for cooperative manipulation and transportation. IEEE Trans. Robot. Autom., 2003, vol. 19, no. 2, pp. 223–237. https://doi.org/10.1109/tra.2003.809592

[11] Burlutskiy N., Touahmi Y. Power efficient formation configuration for centralized leader-follower AUVs control. J. Marine Sci. Technol., 2012, vol. 17, pp. 315–329. https://doi.org/10.1007/s00773-012-0167-0

[12] Ge X. et al. Distributed formation control of networked multi-agent systems using a dynamic event-triggered communication mechanism. IEEE Trans. Ind. Electron., 2017, vol. 64, iss. 10. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2701778

[13] Shi Q., Li T., Li J., Chen C.P., Xiao Y. Adaptive leader-following formation control with collision avoidance for a class of second-order nonlinear multi-agent systems. Neurocomputing, 2019, vol. 350. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2019.03.045

[14] Szymak P. Comparison of Centralized, Dispersed and Hybrid Multiagent Control Systems of Underwater Vehicles Team. Solid State Phenomena, 2011, vol. 180, pp. 114–121. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.180.114

[15] Zeng Y., Zhang R. Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges. IEEE Commun. Mag., 2016, vol. 54, iss. 5, pp. 36–42. https://doi.org/10.1109/MCOM.2016.7470933

[16] Oh K.K., Park M.C., Ahn H.S. A survey of multi-agent formation control. Automatica, 2015, vol. 53, pp. 424–440. https://doi.org/10.1016/J.AUTOMATICA.2014.10.022

[17] Shi H. Wang L., Chu T. Virtual leader approach to coordinated control of multiple mobile agents with asymmetric interactions. Physica D: Nonlinear Phenomena, 2006, vol. 213 (1), pp. 6250–6255. https://doi.org/10.1109/CDC.2005.1583163

[18] Tan K.H., Lewis M.A. Virtual structures for high-precision cooperative mobile robotic control. IROS’96, IEEE, 1996, vol. 1, no. 4, pp. 132–139. https://doi.org/10.1109/IROS.1996.570643

[19] Yuan C., Licht S., He H. Formation learning control of multiple autonomous underwater vehicles with heterogeneous nonlinear uncertain dynamics. IEEE Trans Cybern., 2018.

[20] Hacene N., Mendil B. Behavior-based autonomous navigation and formation control of mobile robots in unknown cluttered dynamic environments with dynamic target tracking. Int. J Autom Comput., 2021, vol. 18, pp. 766–786. https://doi.org/10.1007/s11633-020-1264-x

[21] Khatib O. Autonomous Robot Vehicles. Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots. Autonomous Robot Vehicles. New York, Springer, 1990.

[22] Ying Z., Xu L. Leader-follower formation control and obstacle avoidance of multi-robot based on artificial potential field. The 27th Chinese Control and Decision Conference. Qingdao, China, IEEE, 2015. https://doi.org/10.1109/ccdc.2015.7162695