中国舰船研究2024,Vol.19Issue(z1) :10-17.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03088

欠驱动无人艇固定时间轨迹跟踪控制

Fixed-time trajectory tracking control for underactuated surface vessels

王巍凯 苏航 张恩华
中国舰船研究2024,Vol.19Issue(z1) :10-17.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03088

欠驱动无人艇固定时间轨迹跟踪控制

Fixed-time trajectory tracking control for underactuated surface vessels

王巍凯 1苏航 2张恩华1
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作者信息

  • 1. 哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
  • 2. 深圳大学 电子与信息工程学院,广东 深圳 518060
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摘要

[目的]针对欠驱动无人艇系统内部存在模型参数不确定以及外部受到未知干扰等问题,提出一种具有抗干扰能力的固定时间轨迹跟踪控制策略.[方法]首先,通过模型转换将跟踪误差系统分为2 个子系统,分别开展控制器设计;然后,为解决系统内外的未知干扰问题,基于径向基神经网络和最小参数学习法对不确定项进行估计,从而保证系统具有抗干扰能力;最后,将双曲正切函数与滑模控制相结合,提出一种基于固定时间的跟踪控制方法,以保证无人艇可在固定时间内快速跟踪期望轨迹.[结果]仿真结果表明,跟踪误差可在固定时间内实现收敛并保持稳定,且其收敛时间与初始状态无关.[结论]该控制策略可对系统中的不确定项进行有效估计,具有良好的抗干扰能力,可为欠驱动无人艇的固定时间控制提供参考.

Abstract

[Objectives]This study proposes a fixed-time trajectory tracking control strategy to address the challenges of unmodeled dynamics and external disturbances in underactuated unmanned surface vessels(USVs).[Methods]First,the tracking error system is divided into two channels for controller design through model transformation.Next,in order to accommodate unknown system dynamics and external disturbances,a minimum-learning-parameter-based neural network is adopted to compensate for uncertainties.After that,a fixed-time sliding mode controller is proposed with the application of a hyperbolic tangent function to ensure the fast con-vergence of tracking errors.[Results]The numerical simulation results show that fixed-time convergence for tracking errors can be guaranteed independent of the initial state.[Conclusions]The designed control scheme not only features the effective estimation of uncertainties within the system,but also demonstrates a robust disturbance rejection capability,providing valuable insights for the fixed-time control of USVs.

关键词

欠驱动无人艇/固定时间控制/未知干扰/滑模控制/最小参数学习法

Key words

underactuated surface unmanned vessels/fix-timed control/unknow disturbance/sliding mode control/minimum-learning-parameter(MLP)

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出版年

2024
中国舰船研究
中国舰船研究设计中心

中国舰船研究

CSTPCD北大核心
影响因子:0.496
ISSN:1673-3185
参考文献量2
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