带有扰动观测器的无人水面艇有限时间轨迹跟踪控制∗

姜朝宇 陈源宝

（1.海军驻葫芦岛代表室 葫芦岛 125004）（2.武汉第二船舶设计研究所 武汉 430205）

1 引言

无人水面艇是一种典型无人操控的非线性复杂系统。近年来，随着各学科的互融和人工智能等新技术的发展，配备新技术和新装备的无人水面艇已经广泛应用在刑侦取证、环境监测、反恐搜救等众多领域［1］。值得注意的是，由于海洋环境存在众多不确定和外界强扰动，因此无人水面艇在执行高精度轨迹跟踪控制任务时，若无有效控制策略作用，则闭环系统性能会遭受严重影响。

目前现有的无人水面艇轨迹跟踪控制策略常采用滑模控制［2～3］、反步控制［4～5］、智能控制［6］等方法。虽然上述方法均可保证闭环系统在外界扰动作用下的稳定性，但跟踪误差却无法保证在有限时间内达到满意的控制精度，这也大大限制了无人水面艇在执行一些快速机动任务的使用和需求。

基于扰动观测器DO（Disturbance Observer）的控制策略能够在很大程度上降低外界扰动对系统造成的影响。在扰动观测器设计中，一般通过构造被控对象同类结构（结构中包含模型的已知确定部分），并在此结构中引入非线性补偿函数或嵌入模糊逻辑系统/神经网络完成观测器构造，最终通过李雅普诺夫稳定性分析方法证明所设计的扰动观测器具有扰动估计能力。文献［7］提出了一种具有指数收敛速度的非线性扰动估计方法，并进一步构造了一类非线性控制器。文献［8］采用模糊逻辑系统设计了一种带有非线性扰动观测器的控制策略。……