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原文传递具有误差约束的欠驱动无人艇轨迹跟踪与编队控制研究

论文题名：	具有误差约束的欠驱动无人艇轨迹跟踪与编队控制研究
关键词：	欠驱动无人艇;轨迹跟踪;编队控制;误差约束;事件触发
摘要：	随着海洋探索与开发力度的不断加大，无人艇在海洋运输、海上搜救、资源勘探等工作中的作用逐渐凸显，其中欠驱动无人艇凭借着经济优势等优点而被广泛应用。由于近些年海洋的探索开发不断由近海迈向深远海，作业环境与工作任务越来越复杂,因此对欠驱动无人艇轨迹跟踪以及编队控制的性能要求越来越高，特别是对直接影响着无人艇跟踪精度以及多无人艇队形保持的跟踪误差提出了更高的要求。因此，研究具有误差约束的欠驱动无人艇轨迹跟踪与编队控制具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文主要针对未知环境扰动下欠驱动无人艇轨迹跟踪与编队控制中的误差约束、收敛速度、鲁棒性等问题展开了研究。主要研究内容如下: 　　(1)针对欠驱动无人艇轨迹跟踪控制问题，提出具有误差约束的有限时间轨迹跟踪控制方法。利用坐标变换技术解决惯性矩阵非对角项导致的控制器设计困难问题。通过预设性能控制方法，对LOS(Line-of-sight)范围误差和航向角误差施加约束。引入事件触发机制，减轻控制器与执行机构之间的通信负担。通过Lyapunov稳定性理论证明系统是实际有限时间稳定的，且系统不存在Zeno行为，仿真结果验证了控制方法的有效性。在此基础上，考虑模型不确定性和未知环境扰动问题，提出基于径向基函数神经网络的有限时间自适应控制方法。采用tan型BarrierLyapunov函数约束LOS范围误差和航向角误差。利用径向基函数神经网络估计模型不确定性和未知扰动的上界。稳定性理论证明闭环系统是实际有限时间稳定的，并且不存在Zeno行为，仿真结果验证了所提控制方法的有效性。　　(2)针对欠驱动无人艇编队控制中的模型不确定性、外部环境扰动和“复杂性爆炸”等问题，提出具有误差约束的固定时间编队控制方法。采用改进型BarrierLyapunov函数对编队控制中的LOS范围跟踪误差和航向角跟踪误差施加约束，确保编队控制系统的跟踪精度，同时简化了控制器结构。采用指令滤波器有效解决了控制器中的“复杂性爆炸”问题，并通过误差补偿系统对滤波器误差进行补偿。利用固定时间扩张状态观测器和H∞控制处理模型不确定性和未知扰动，使编队控制系统具有较满意的鲁棒性。稳定性分析表明闭环系统是实际固定时间稳定的，数值仿真验证了所提控制方法的有效性。　　(3)针对网络控制中通信带宽有限的欠驱动无人艇编队控制问题，提出基于事件触发和量化器的预定义时间编队控制方法。采用改进型非对称BarrierLyapunov函数约束LOS范围跟踪误差和航向角跟踪误差。同时结合事件触发机制和量化器，减轻控制器与执行机构之间的通信负担，加快数据传输。采用H∞控制处理模型不确定性和环境扰动对编队控制系统的影响，确保了系统的鲁棒性。稳定性分析表明所提的控制方法能保证系统是实际预定义时间稳定的，且不存在Zeno行为，仿真结果验证了该控制方法的有效性。
作者：	李永卓
专业：	机械
导师：	刘海涛;陈建泽
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东海洋大学
学位年度：	2023