无人艇是一种无人操作的水面舰艇，主要用于执行危险以及不适宜人操作的任务，无人艇技术可上溯至第二次世界大战期间，最初用于清除近海的水雷。在进入 21 世纪以来，无人艇因其模块化、智能化、无人化等特点，被广泛应用于信息侦察、应急救援、水质采样、气象监测等领域，极大地提高了任务执 行效率。对于执行这些任务的单个无人艇来说，往往存在负载能力低、信息处理能力弱、覆盖范围小等缺点，不利于无人艇技术的进一步发展。针对这些缺点，需要将多艘无人组为编队。这些无人艇通过共享信息和分工合作来达成一个（或多个）共同目标，是一个典型的协同系统。多无人艇系统并不是将多个无人艇简单的放在一起，而是将多个无人艇按照某种方式或方法组合起来，组成一个团队，团队中每个成员都有各自的任务，各个无人艇相互协作共同 完成某项复杂的任务。多无人艇协调控制就是通过协调多个无人艇的各种状态信息来达到完成复杂任务的目的。

多无人艇协调控制的基本问题之一是一致性控制，一致性是指由多个智能体组成的一个系统在控制协议的作用下,其位置或速度等状态变量渐近趋同。多智能体系统的一致性研究在蜂拥问题、群集问题、编队控制和分布式传感器网络等领域都有着广泛应用。

美国的无人艇的研究水平 现领先于其它各国，主导着无人艇研究的发展方向。 美国有许多研究单位一直在对无人艇进行研究，并取得了很多成果。无人艇已被广泛的应用于探测、防护、军事安全等方面。以色列在无人艇的研究方面也投入了很大的精力，其无人艇水平超过了很多国家，以色列独立研发了“Protector”号无人艇以及许多先进的无人艇。

国内对于USV的研究时间较短，但是随着各国对USV的重视，我国也有许多研究单位对其进行了深入的研究，虽然取得了一定的研究成果，但与国外的先进技术相比，存在的差距仍然有很大。其中哈尔滨工程大学和上海海事大学较早的参与了无人艇的研究，经过多年的努力探索，积累了不少宝贵的经验。在 2008 年，新光公司研发制造出了“天象 1 号”号 无人艇，该艇不但可以以人工遥控的方式进行操控，还可以以自动行驶的方式进行行驶。同时在 2008 年，在青岛的奥帆赛期间，提供气象的保障服务的就是该系统。

2. 研究的基本内容与方案

建立无人艇在水中简化的三自由度模型，用微分方程组表示无人艇的受力状态和运行状态，以利于仿真分析，通过MMG分离型结构模型，将船舶中功能上存在差异的部件分开考虑，考虑了惯性流体动力及力矩、粘性流体动力及力矩、各种环境干扰力及力矩， 对模型计算所需用的公式和参量进行了选择和分析，建立无人艇的数学模型，利用该模型设计无人艇的状态控制器。

多无人艇的一致性控制是协调控制的基本问题，一致性控制还可推广到会和控制、聚结控制和编队控制，实现多无人艇的一致性控制具有重要意义，一致性控制目标可表述为：

其中T为系统中个体的集合，Xi为系统中第i个个体的状态，它可能对应无人艇的速度，位置等信息。

通过领航者-跟随者模型实现多无人艇的一致性控制，该方法的基本思想是将队形中的无人艇划分为 2个互补的角色: 领航者 ( Leader)和跟随者 ( Follower),指定队伍中的某个无人艇作为领航者, 其他的无人艇则作为跟随者。 领航者可以控制整个队伍的运动趋势,各个跟随者通过与领航者保持一定的相对距离和相对角度。

[1] H. Cai, G. Hu, “Distributed tracking control of an interconnected leaderfollower multi-agent system,” IEEE Transactions on Automatic Control,accepted, DOI: 10.1109/TAC. 2017. 2660298.