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本書全面介紹了作者近年來在海洋航行器運動控制領(lǐng)域的研究成果。主要內(nèi)容包括海洋航行器鎮(zhèn)定控制、軌跡跟蹤控制和協(xié)同編隊控制。首先，研究了考慮未知擾動、狀態(tài)受限以及執(zhí)行器死區(qū)的海洋航行器鎮(zhèn)定控制問題。其次，解決了執(zhí)行器飽和、狀態(tài)受限及速度未知條件下，海洋航行器軌跡跟蹤問題。*后，將上述速度未知、狀態(tài)受限等環(huán)境影響，在海洋航行器協(xié)同編隊問題中進一步分析與設(shè)計。同時給出了大量的仿真數(shù)據(jù)，使讀者能充分理解海洋航行器運動控制中的各個指標(biāo)。

隨著海洋強國戰(zhàn)略的實施，對海洋作業(yè)提出了新的要求及挑戰(zhàn)。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(yè)效率，具有較高的實用價值。世界上有許多國家正在致力于海洋航行器的研究和開發(fā)，涉及科學(xué)、環(huán)境、民用和軍事等眾多領(lǐng)域。根據(jù)完整的海洋航行器運動控制作業(yè)特點，可將其分為：鎮(zhèn)定（動力定位和姿態(tài)保持）、軌跡跟蹤（跟蹤預(yù)設(shè)軌跡）、協(xié)同編隊（多航行器配合）。海洋航行器根據(jù)不同的作業(yè)需求，需切換不同的控制模式，組合形成完整的運動控制系統(tǒng)。因此，為系統(tǒng)性地完成海洋航行器任務(wù)作業(yè)，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象，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(guān)領(lǐng)域研究成果的積累和總結(jié)，同時吸收了國內(nèi)外相關(guān)參考文獻的精華部分。本書通過詳細的章節(jié)結(jié)構(gòu)，從鎮(zhèn)定、軌跡跟蹤、協(xié)同編隊三方面介紹自主海洋航行器的運動控制方法，提出系列方案解決外部干擾、狀態(tài)受限、速度未知、執(zhí)行器死區(qū)、間歇通信等問題，并給出了相應(yīng)仿真驗證結(jié)果，向讀者展現(xiàn)了海洋航行器運動控制技術(shù)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(xiàn)狀；第2章介紹了海洋航行器的數(shù)學(xué)模型，以及常用的引理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識；第3章介紹了改善鎮(zhèn)定控制中海洋航行器系統(tǒng)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(zhèn)定控制問題；第5章研究了具有執(zhí)行器死區(qū)和狀態(tài)受限條件的海洋航行器抗擾時變鎮(zhèn)定控制問題；第6章基于切換控制，提出了自主海洋航行器全局指數(shù)鎮(zhèn)定控制律；第7章研究了在執(zhí)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(tài)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(tài)受限條件下的海洋航行器協(xié)同編隊控制問題；第10章研究了領(lǐng)航者速度未知條件下的海洋航行器協(xié)同編隊控制問題；第11章進一步解決了狀態(tài)受限及跟隨者速度未知條件下的海洋航行器協(xié)同編隊控制問題；第12章研究了基于事件觸發(fā)間歇通信的海洋航行器協(xié)同編隊控制。
作者

智能交通與運載工程前沿技術(shù)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(zhèn)定控制3
1.3.1抗干擾周期時變鎮(zhèn)定控制3
1.3.2執(zhí)行器死區(qū)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(xié)同編隊12
1.5.1協(xié)同路徑跟隨13
1.5.2領(lǐng)航與跟隨策略15
1.5.3其他策略17
1.6全書結(jié)構(gòu)安排18
第2章基礎(chǔ)知識20
2.1數(shù)學(xué)建模20
2.1.1AMV水平面運動數(shù)學(xué)模型21
2.1.2AMV三維運動數(shù)學(xué)模型22
2.2預(yù)備知識22
2.2.1穩(wěn)定性定義22
2.2.2穩(wěn)定性證明相關(guān)引理23
2.2.3障礙李雅普諾夫函數(shù)25
2.2.4RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)25
2.3符號說明26
第3章AMV全局漸近時變鎮(zhèn)定控制28
3.1問題描述28
3.2模型變換29
3.3分?jǐn)?shù)冪方法31
3.3.1AMV鎮(zhèn)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?jǐn)?shù)冪方法42
3.5.2變周期方法46
3.6本章小結(jié)50
第4章AMV抗干擾時變鎮(zhèn)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(shè)計與穩(wěn)定性證明57
4.4仿真分析64
4.5本章小結(jié)69
第5章狀態(tài)受限及執(zhí)行器死區(qū)下AMV抗擾時變鎮(zhèn)定控制70
5.1問題描述70
5.2狀態(tài)受限問題71
5.3執(zhí)行器死區(qū)下的擾動觀測器79
5.4AMV全局漸近鎮(zhèn)定82
5.4.1初值位于約束區(qū)域內(nèi)82
5.4.2初始條件任意84
5.4.3相關(guān)擴展85
5.5仿真分析89
5.6本章小結(jié)96
第6章切換策略下的AMV全局指數(shù)鎮(zhèn)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(zhí)行器死區(qū)下的AMV鎮(zhèn)定控制98
6.2尺度函數(shù)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(shè)計與穩(wěn)定性證明114
6.3數(shù)值仿真120
6.3.1固定時間策略120
6.3.2尺度函數(shù)策略124
6.4本章小結(jié)128
第7章執(zhí)行器飽和下的AMV軌跡跟蹤控制129
7.1執(zhí)行器飽和問題129
7.1.1問題描述129
7.1.2擾動觀測器設(shè)計及穩(wěn)定性分析131
7.1.3軌跡跟蹤控制律設(shè)計及穩(wěn)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(shè)計及穩(wěn)定性分析138
7.2.3軌跡跟蹤控制律設(shè)計及穩(wěn)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(jié)156
第8章狀態(tài)受限海洋航行器軌跡跟蹤控制157
8.1系統(tǒng)模型和問題描述157
8.2控制器設(shè)計159
8.2.1有限時間觀測器設(shè)計159
8.2.2模型變換159
8.2.3約束變換162
8.2.4設(shè)計新控制器1e和2e162
8.3仿真分析166
8.4本章小結(jié)170
第9章狀態(tài)受限的AMV有限時間編隊控制171
9.1系統(tǒng)模型和問題描述171
9.1.1AMV模型及相應(yīng)變換171
9.1.2控制目標(biāo)173
9.2控制器設(shè)計與穩(wěn)定性證明176
9.2.1有限時間擾動觀測器設(shè)計176
9.2.2相關(guān)引理176
9.2.3設(shè)計控制器177
9.3仿真分析181
9.4本章小結(jié)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(shè)計及穩(wěn)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(shè)計199
10.2.3編隊控制律設(shè)計及穩(wěn)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(jié)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(wěn)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基于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基于速度觀測器的控制律設(shè)計及穩(wěn)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(jié)254
第12章基于事件觸發(fā)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(fā)事件設(shè)計256
12.3控制器設(shè)計及穩(wěn)定性分析257
12.4仿真分析261
12.5本章小結(jié)269
參考文獻270

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