多无人艇固定时间自适应分布式协同编队控制

摘要

针对在实际海洋环境中由复杂恶劣海况导致的局部通讯条件下多无人艇协同编队控制问题，本文提出一种固定时间自适应分布式控制策略.首先，考虑只有部分跟随无人艇能够直接获取虚拟领航者的状态信息，为每艘跟随无人艇设计固定时间分布式观测器，在固定时间内实现对虚拟领航者位置和速度的估计.然后，在估计信息的基础上，采用反步法为每艘跟随无人艇设计固定时间自适应局部控制器，在固定时间内实现对由虚拟领航者产生的期望轨迹的跟踪.特别地，在局部控制器设计过程中，采用参数自适应机制对模型不确定和外界扰动进行补偿，在保证控制精度的同时避免抖振现象.同时，本文给出了所提出的固定时间观测器与局部控制器的稳定性分析，经数学证明，所提出的观测器和控制器能够保证每艘跟随无人艇均能够在固定时间内完成对虚拟领航者的位置和速度的估计并使位置和速度跟踪误差在固定时间内收敛至零的邻域内.最后，设计对比仿真，将本文所提控制策略和目前常用的PD控制器的控制性能进行对比，仿真结果表明所提出的控制策略在控制精度和收敛速度上具有更优越的表现.

关键词

多无人艇 / 协同编队控制 / 分布式控制 / 固定时间控制 / 自适应控制

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62273033,12302043）