有限时间扰动观测器在无人水面艇精确航迹跟踪控制中的应用

"基于有限时间扰动观测器的无人水面艇精确航迹跟踪控制策略" 在复杂的海洋环境中，无人水面艇（Unmanned Surface Vehicle, USV）的精确航迹跟踪控制是一项关键技术挑战。传统的控制算法往往依赖于渐近收敛，这在实际应用中可能因为收敛速度慢和对扰动抑制能力不足而效果欠佳。为此，研究者提出了一个基于有限时间扰动观测器的无人水面艇精确航迹跟踪控制策略。 该策略的核心是有限时间扰动观测器（Finite-Time Disturbance Observer, FDO），它旨在解决未知海洋干扰的影响，这些干扰可能来自水流、风力等环境因素。通过设计FDO，可以实时估计并补偿这些扰动，从而实现USV的精确航迹跟踪。与传统控制算法相比，有限时间稳定性是这一策略的一大优势，它保证了系统的快速收敛性能。这意味着控制系统能在较短的时间内达到稳定状态，对扰动有更强的抑制能力。 具体来说，FDO-ATTC（Finite-Time Disturbance Observer-based Accurate Trajectory Tracking Control）方案能确保两个关键误差在有限时间内精确归零：一是扰动观测误差，这是由于FDO对未知干扰的估计与实际值之间的差距；二是航迹跟踪误差，即USV的实际位置与其目标航迹之间的偏差。这种误差的快速消除有助于提高USV的航行精度和稳定性。 在实际应用中，这样的控制策略对于USV的自主导航至关重要，特别是在执行搜救任务、海洋监测或军事行动时，需要USV在设定的轨迹上准确、高效地移动。通过仿真测试，研究者验证了所提出的控制方法在实际场景中的有效性和优越性，证明了其在应对复杂环境扰动时的优秀性能。 总结来说，这项研究为无人水面艇提供了新的控制理论和技术，通过有限时间扰动观测器实现了对未知干扰的精确补偿，提升了航迹跟踪的效率和精度。这对于推进无人水面艇技术的发展，以及未来在更复杂环境下的应用具有重要的理论和实践意义。