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基于观测器的多无人水面船时变编队控制
| 论文题名： | 基于观测器的多无人水面船时变编队控制 |
| 关键词： | 多无人水面船;自主导航;时变编队控制;干扰观测器;预设性能 |
| 摘要： | 近年来，随着海洋科技的不断发展，迫切需要多无人水面船协同运动来完成更为复杂的任务，包括资源探测、远洋补给、搜捕营救等相关应用。多无人船编队控制无疑是协同运动控制领域最重要的问题之一。为了适应复杂的作业环境和任务要求，如礁石密布、暗流众多的海域和移动目标的包围，需要多无人船实时改变编队队形，因此如何实现多无人船时变编队控制具有十分重要的研究价值。此外，无人船在航行过程中不可避免地会遇到风浪流等未知时变环境干扰的影响，而且一些任务往往会在编队的收敛时间上有着严格的要求，故多无人船编队控制的鲁棒性和执行任务的时效性也成为了研究的热点问题。 针对上述问题，本文考虑多无人船受外界时变干扰的情况，研究了多无人船时变编队控制问题，论文的主要工作包括以下几个方面： 首先，研究多无人船在受到外界时变干扰时的预设时间时变编队控制问题。将时变编队控制问题转化为编队误差系统的镇定问题，引入时变的队形函数，添加一个关于队形函数及其导数的约束条件，消除它们在编队误差系统中带来的影响；然后设计了一个预设时间干扰观测器来估计外部扰动；基于无人船自身及其邻居船的状态信息，结合预设时间控制理论，设计分布式控制器，完成相应的稳定性分析，确保了多无人船能在预设时间内完成时变编队任务。最后仿真结果证明了所设计控制器的有效性。 其次，研究具有预设性能的多无人船在存在模型参数不确定性和外界干扰情况下的分布式有限时间时变编队问题。通过在控制方案中引入径向基函数神经网络逼近不确定性和有限时间干扰观测器来估计扰动；采用指数衰减函数作为预设性能的边界函数，构造正切型障碍李雅普诺夫函数保证编队误差始终保持在预定义的范围内，满足给定的暂态性能；之后设计分布式有限时间控制器确保多无人船能够在有限时间内实现给定的时变编队。最后通过仿真结果验证了所设计方法的有效性。 最后，研究多无人船在执行器攻击下的时变编队控制问题。基于邻居之间的相对信息，设计扩张状态观测器，同时估计并补偿多无人船的异构水动力和所受外部时变干扰，以及领导者的未知控制输入；然后在不需要重新设计标称控制器的情况下，通过构造校正项抵消执行器攻击对控制器产生的影响。设计基于邻居相对信息的分布式协同控制器保证多无人船时变编队的实现，完成相应的稳定性分析。最后仿真结果证明了提出的控制算法的有效性。 |
| 作者： | 佟美娟 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 李莉莉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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