自主海洋航行器镇定、跟踪及协同编队
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1.6 全书结构安排

全书共分为12章,结构安排如下:

第1章介绍了AMV几类问题的研究意义,回顾了AMV镇定、轨迹跟踪及编队控制的研究现状,分析了各类问题中存在的难点。

第2章给出了本书的主要研究工作及AMV控制的运动数学模型和相关预备知识。

第3章研究具有非对角惯性和阻尼矩阵动力学特性的欠驱动水面航行器的全局渐近时变镇定控制问题。为提高系统在原点附近的收敛速度,同时保证控制律的连续性,提出分数幂与变周期两种时变控制律。

第4章研究匹配和非匹配扰动同时存在情况下的AMV抗干扰时变镇定控制问题。基于固定时间扰动观测器,设计控制律保证AMV状态收敛到有界区域。

第5章研究具有执行器死区和偏航约束的AMV抗扰时变镇定控制问题。结合BLF与反步法得到AMV镇定控制律,可保证偏航角和角速度不超出约束边界。此外,针对执行器死区特性问题,本章设计一种新的固定时间扰动观测器。

第6章研究基于切换控制的AMV全局指数镇定问题。引入辅助变量,设计固定时间切换控制策略,实现AMV全局指数镇定。而后利用反步法与尺度函数,提出一组C1光滑控制律,保证微分同胚系统固定时间稳定,避免抖振。

第7章在时变扰动下研究了AMV的轨迹跟踪问题。借助辅助动态系统处理饱和问题,对滤波误差进行了补偿。针对执行器动态及扰动,利用扰动观测器实现对复合扰动精确估计,得到闭环系统的全局固定时间稳定的跟踪效果。

第8章研究了AMV全状态受限情况下的轨迹跟踪控制问题。使用有限时间干扰观测器来估计环境扰动带来的影响,基于微分同胚变换,引入BLF方法来保证AMV的各个状态不违反所要求的约束条件。

第9章研究了艏向角和纵向速度受限的多AMV有限时间协同路径跟踪控制问题。使用积分LOS引导律保证AMV的协同控制,同时引入有限时间扰动观测器,实现扰动精确估计。结合BLF方法,保证纵向速度和艏向角能在有限时间内跟踪上期望值完成协同路径跟踪,且不违反约束条件。

第10章研究了领航AMV速度不可测及LOS存在约束下的编队控制问题。考虑了AMV模型含有非对角线元素的情况,借助坐标变换,消除艏摇力矩对横漂的影响,引入“虚拟船”及事件角概念,将编队控制问题转化为轨迹跟踪问题,设计了编队控制律,保证了编队系统的一致最终有界。

第11章基于固定时间理论,分别研究了存在模型不确定和时变扰动及跟随AUV速度不可测的编队控制问题。设计了扰动观测器,实现了编队控制系统的全局固定时间稳定。考虑了领航AMV速度不可测的情况,设计有限时间状态观测器。借助障碍李雅普诺夫函数,避免了控制律设计过程中对约束的违背。

第12章研究了基于事件触发间歇通信的AMV固定时间编队控制。针对连续性通信的弊端,设计了一种连续性通信与周期性通信切换的事件触发机制。为避免Zeno现象,引入指令滤波技术及动态辅助系统,同时设计了状态观测器,实现对跟随AMV速度的固定时间估计,得到AMV编队全局固定时间控制律。