自主海洋航行器镇定、跟踪及协同编队

智能交通与运载工程前沿技术丛书序言 前言 第1章绪论1 1.1研究背景及意义1 1.2问题分类1 1.3镇定控制3 1.3.1抗干扰周期时变镇定控制3 1.3.2执行器死区与偏航约束问题6 1.3.3切换策略7 1.4轨迹跟踪控制9 1.4.1抗干扰轨迹跟踪控制9 1.4.2输出约束下轨迹跟踪控制12 1.5协同编队12 1.5.1协同路径跟随13 1.5.2领航与跟随策略15 1.5.3其他策略17 1.6全书结构安排18 第2章基础知识20 2.1数学建模20 2.1.1AMV水平面运动数学模型21 2.1.2AMV三维运动数学模型22 2.2预备知识22 2.2.1稳定性定义22 2.2.2稳定性证明相关引理23 2.2.3障碍李雅普诺夫函数25 2.2.4RBF神经网络25 2.3符号说明26 第3章AMV全局渐近时变镇定控制28 3.1问题描述28 3.2模型变换29 3.3分数幂方法31 3.3.1AMV镇定控制31 3.3.2收敛速度分析35 3.4变周期方法37 3.5仿真分析42 3.5.1分数幂方法42 3.5.2变周期方法46 3.6本章小结50 第4章AMV抗干扰时变镇定控制51 4.1问题描述51 4.2固定时间扰动观测器52 4.3控制器设计与稳定性证明57 4.4仿真分析64 4.5本章小结69 第5章状态受限及执行器死区下AMV抗扰时变镇定控制70 5.1问题描述70 5.2状态受限问题71 5.3执行器死区下的扰动观测器79 5.4AMV全局渐近镇定82 5.4.1初值位于约束区域内82 5.4.2初始条件任意84 5.4.3相关扩展85 5.5仿真分析89 5.6本章小结96 第6章切换策略下的AMV全局指数镇定控制97 6.1固定时间策略97 6.1.1问题描述97 6.1.2执行器死区下的AMV镇定控制98 6.2尺度函数策略111 6.2.1问题描述111 6.2.2微分同胚变换112 6.2.3控制器设计与稳定性证明114 6.3数值仿真120 6.3.1固定时间策略120 6.3.2尺度函数策略124 6.4本章小结128 第7章执行器饱和下的AMV轨迹跟踪控制129 7.1执行器饱和问题129 7.1.1问题描述129 7.1.2扰动观测器设计及稳定性分析131 7.1.3轨迹跟踪控制律设计及稳定性分析132 7.2未知时变扰动下的轨迹跟踪138 7.2.1问题描述138 7.2.2扰动观测器设计及稳定性分析138 7.2.3轨迹跟踪控制律设计及稳定性分析140 7.3仿真分析145 7.3.1饱和问题145 7.3.2未知时变扰动150 7.4本章小结156 第8章状态受限海洋航行器轨迹跟踪控制157 8.1系统模型和问题描述157 8.2控制器设计159 8.2.1有限时间观测器设计159 8.2.2模型变换159 8.2.3约束变换162 8.2.4设计新控制器ω1e和ω2e162 8.3仿真分析166 8.4本章小结170 第9章状态受限的AMV有限时间编队控制171 9.1系统模型和问题描述171 9.1.1AMV模型及相应变换171 9.1.2控制目标173 9.2控制器设计与稳定性证明176 9.2.1有限时间扰动观测器设计176 9.2.2相关引理176 9.2.3设计控制器177 9.3仿真分析181 9.4本章小结186 第10章速度未知下的AMV抗干扰编队控制187 10.1时变扰动问题187 10.1.1问题描述187 10.1.2编队控制律设计及稳定性分析191 10.2速度未知下的AMV编队196 10.2.1问题描述196 10.2.2速度观测器设计199 10.2.3编队控制律设计及稳定性分析204 10.3仿真分析212 10.3.1时变扰动问题212 10.3.2速度未知问题215 10.4本章小结221 第11章速度未知下AMV抗干扰固定时间编队控制222 11.1时变扰动问题222 11.1.1问题描述222 11.1.2扰动观测器224 11.1.3编队控制律及稳定性分析226 11.2速度未知下AMV固定时间编队控制229 11.2.1问题描述229 11.2.2基于可测速度及位置的编队控制律230 11.2.3速度观测器236 11.2.4基于速度观测器的控制律设计及稳定性分析242 11.3仿真分析243 11.3.1时变扰动问题243 11.3.2速度未知问题仿真247 11.4本章小结254 第12章基于事件触发间歇通信的AMV固定时间编队控制255 12.1问题描述255 12.2触发事件设计256 12.3控制器设计及稳定性分析257 12.4仿真分析261 12.5本章小结269 参考文献270