真实海浪干扰下无人艇轨迹跟踪动态性能约束控制
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大连海事大学

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国家自然科学(52301360);国家重点研发计划项目(2022YFB4301401);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(3132024101);辽宁省科技厅中试验证项目(2022JH24,10200029);中国博士后科学(2022M710569);辽宁省博士点启动资金项目(2022-BS-094);大连市重点科技攻关项目(2023YF11GX007)。


Dynamic Performance Constraint Control for Unmanned Vessel Trajectory Tracking under Real Sea Wave Disturbances
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    摘要:

    针对欠驱动无人艇轨迹跟踪过程中的性能约束问题,提出一种考虑海浪干扰、模型不确定性和执行器饱和下的轨迹跟踪性能约束控制算法;基于海浪谱统计特性构建海浪干扰模型,突破传统简谐波叠加方法无法反映海浪随机性的局限;引入有限时间干扰观测器和单参数神经网络,分别对海浪干扰和模型不确定性进行补偿;采用 tan 形式的障碍 Lyapunov 函数对欠驱动无人艇的跟踪误差进行约束,并设计有限时间辅助动态系统解决输入饱和问题;在证明系统误差收敛基础上通过SimuNPS数值仿真实验验证了控制策略的合理性和有效性。

    Abstract:

    To address performance constraints in trajectory tracking of underactuated unmanned surface vehicles (USVs, unmanned surface vehicles), a trajectory tracking control algorithm with performance constraints considering wave disturbances, model uncertainties, and actuator saturation is proposed. A wave disturb-ance model is established based on statistical characteristics of wave spectra, overcoming the limitation of traditional harmonic superposition methods that cannot capture wave randomness. A finite-time disturb-ance observer and a single-parameter neural network are introduced to compensate for wave disturbances and model uncertainties, respectively. A tan-type barrier Lyapunov function is adopted to constrain track-ing errors of underactuated USVs, and a finite-time auxiliary dynamic system is designed to address input saturation issues. The rationality and effectiveness of the control strategy are validated through SimuNPS numerical simulations while demonstrating system error convergence.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

慕东东,吴韬,尹铭扬,李鸿彪,石林龙,范云生.真实海浪干扰下无人艇轨迹跟踪动态性能约束控制计算机测量与控制[J].,2026,34(1):94-102.

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  • 收稿日期:2025-01-07
  • 最后修改日期:2025-02-17
  • 录用日期:2025-02-17
  • 在线发布日期: 2026-01-21
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