智能交通與運載工程前沿技術叢書序言
前言
第1章緒論1
1.1研究背景及意義1
1.2問題分類1
1.3鎮定控制3
1.3.1抗干擾周期時變鎮定控制3
1.3.2執行器死區與偏航約束問題6
1.3.3切換策略7
1.4軌跡跟蹤控制9
1.4.1抗干擾軌跡跟蹤控制9
1.4.2輸出約束下軌跡跟蹤控制12
1.5協同編隊12
1.5.1協同路徑跟隨13
1.5.2領航與跟隨策略15
1.5.3其他策略17
1.6全書結構安排18
第2章基礎知識20
2.1數學建模20
2.1.1AMV水平面運動數學模型21
2.1.2AMV三維運動數學模型22
2.2預備知識22
2.2.1穩定性定義22
2.2.2穩定性證明相關引理23
2.2.3障礙李雅普諾夫函數25
2.2.4RBF神經網絡25
2.3符號說明26
第3章AMV全局漸近時變鎮定控制28
3.1問題描述28
3.2模型變換29
3.3分數冪方法31
3.3.1AMV鎮定控制31
3.3.2收斂速度分析35
3.4變周期方法37
3.5仿真分析42
3.5.1分數冪方法42
3.5.2變周期方法46
3.6本章小結50
第4章AMV抗干擾時變鎮定控制51
4.1問題描述51
4.2固定時間擾動觀測器52
4.3控制器設計與穩定性證明57
4.4仿真分析64
4.5本章小結69
第5章狀態受限及執行器死區下AMV抗擾時變鎮定控制70
5.1問題描述70
5.2狀態受限問題71
5.3執行器死區下的擾動觀測器79
5.4AMV全局漸近鎮定82
5.4.1初值位於約束區域內82
5.4.2初始條件任意84
5.4.3相關擴展85
5.5仿真分析89
5.6本章小結96
第6章切換策略下的AMV全局指數鎮定控制97
6.1固定時間策略97
6.1.1問題描述97
6.1.2執行器死區下的AMV鎮定控制98
6.2尺度函數策略111
6.2.1問題描述111
6.2.2微分同胚變換112
6.2.3控制器設計與穩定性證明114
6.3數值仿真120
6.3.1固定時間策略120
6.3.2尺度函數策略124
6.4本章小結128
第7章執行器飽和下的AMV軌跡跟蹤控制129
7.1執行器飽和問題129
7.1.1問題描述129
7.1.2擾動觀測器設計及穩定性分析131
7.1.3軌跡跟蹤控制律設計及穩定性分析132
7.2未知時變擾動下的軌跡跟蹤138
7.2.1問題描述138
7.2.2擾動觀測器設計及穩定性分析138
7.2.3軌跡跟蹤控制律設計及穩定性分析140
7.3仿真分析145
7.3.1飽和問題145
7.3.2未知時變擾動150
7.4本章小結156
第8章狀態受限海洋航行器軌跡跟蹤控制157
8.1繫統模型和問題描述157
8.2控制器設計159
8.2.1有限時間觀測器設計159
8.2.2模型變換159
8.2.3約束變換162
8.2.4設計新控制器ω1e和ω2e162
8.3仿真分析166
8.4本章小結170
第9章狀態受限的AMV有限時間編隊控制171
9.1繫統模型和問題描述171
9.1.1AMV模型及相應變換171
9.1.2控制目標173
9.2控制器設計與穩定性證明176
9.2.1有限時間擾動觀測器設計176
9.2.2相關引理176
9.2.3設計控制器177
9.3仿真分析181
9.4本章小結186
第10章速度未知下的AMV抗干擾編隊控制187
10.1時變擾動問題187
10.1.1問題描述187
10.1.2編隊控制律設計及穩定性分析191
10.2速度未知下的AMV編隊196
10.2.1問題描述196
10.2.2速度觀測器設計199
10.2.3編隊控制律設計及穩定性分析204
10.3仿真分析212
10.3.1時變擾動問題212
10.3.2速度未知問題215
10.4本章小結221
第11章速度未知下AMV抗干擾固定時間編隊控制222
11.1時變擾動問題222
11.1.1問題描述222
11.1.2擾動觀測器224
11.1.3編隊控制律及穩定性分析226
11.2速度未知下AMV固定時間編隊控制229
11.2.1問題描述229
11.2.2基於可測速度及位置的編隊控制律230
11.2.3速度觀測器236
11.2.4基於速度觀測器的控制律設計及穩定性分析242
11.3仿真分析243
11.3.1時變擾動問題243
11.3.2速度未知問題仿真247
11.4本章小結254
第12章基於事件觸發間歇通信的AMV固定時間編隊控制255
12.1問題描述255
12.2觸發事件設計256
12.3控制器設計及穩定性分析257
12.4仿真分析261
12.5本章小結269
參考文獻270

隨著海洋強國戰略的實施，對海洋作業提出了新的要求及挑戰。自主海洋航行器(Autonomous Marine Vehicle,AMV)作為先進的海洋裝備，可大幅提高作業效率，具有較高的實用價值。世界上有許多國家正在致力於海洋航行器的研究和開發，涉及科學、環境、民用和軍事等眾多領域。根據完整的海洋航行器運動控制作業特點，可將其分為：鎮定（動力定位和姿態保持）、軌跡跟蹤（跟蹤預設軌跡）、協同編隊（多航行器配合）。海洋航行器根據不同的作業需求，需切換不同的控制模式，組合形成完整的運動控制繫統。因此，為繫統性地完成海洋航行器任務作業，需全面地研究運動控制的三類問題。
本書是一部以自主海洋航行器為研究對像，研究其運動控制方法的著作，是作者近年來對海洋航行器運動控制及其相關領域研究成果的積累和總結，同時吸收了國內外相關參考文獻的精華部分。本書通過詳細的章節結構，從鎮定、軌跡跟蹤、協同編隊三方面介紹自主海洋航行器的運動控制方法，提出繫列方案解決外部干擾、狀態受限、速度未知、執行器死區、間歇通信等問題，並給出了相應仿真驗證結果，向讀者展現了海洋航行器運動控制技術的精髓。
本書共分12章。第1章為緒論，介紹了自主海洋航行器運動控制的背景意義、問題分類及各自研究現狀；第2章介紹了海洋航行器的數學模型，以及常用的引理和數學基礎知識；第3章介紹了改善鎮定控制中海洋航行器繫統收斂速度慢的問題；第4章介紹了解決非匹配擾動存在情況下的抗干擾時變鎮定控制問題；第5章研究了具有執行器死區和狀態受限條件的海洋航行器抗擾時變鎮定控制問題；第6章基於切換控制，提出了自主海洋航行器全局指數鎮定控制律；第7章研究了在執行器飽和下的海洋航行器的軌跡跟蹤問題；第8章解決了狀態受限情況下的海洋航行器軌跡跟蹤控制問題；第9章研究了狀態受限條件下的海洋航行器協同編隊控制問題；第10章研究了領航者速度未知條件下的海洋航行器協同編隊控制問題；第11章進一步解決了狀態受限及跟隨者速度未知條件下的海洋航行器協同編隊控制問題；第12章研究了基於事件觸發間歇通信的海洋航行器協同編隊控制。
作者