基于自适应滑模的欠驱动无人艇轨迹跟踪控制算法

来源：计算机测量与控制杂志2024年第1期北京时间：

作者：姜涛,陈宇,周兴阁

单位：同济大学机械与能源工程学院

摘要：针对欠驱动水面无人艇在航行过程中存在的海洋环境干扰、数学模型参数不确定、执行器故障等问题,提出了一种基于扰动观测器与神经网络技术的自适应滑模轨迹跟踪策略。在无人艇三自由度模型的基础上,结合视线制导率,提出了一种新的轨迹跟踪制导策略。采用自适应滑模控制技术设计了欠驱动无人艇轨迹跟踪控制器,有效地抑制了执行器衰减故障对无人艇控制系统的影响；同时运用了非线性扰动观测器和自适应径向基函数神经网络分别对无人艇受到的外界干扰和模型参数不确定性进行补偿和拟合,提高了控制系统的抗干扰能力。基于Lyapunov定理证明了所设计的控制系统的稳定性,并在MATLAB中进行了仿真测试。仿真结果表明,所提出的轨迹跟踪控制算法可以在较为复杂的环境下实现对欠驱动无人艇的精准控制；相较于对比算法,位置的平均跟踪误差减小了80%以上,具备较高的稳定性和鲁棒性。

关键词：欠驱动无人艇;轨迹跟踪;视线制导法;滑模控制;扰动观测器;RBF神经网络