基于指令滤波的全状态约束海洋水面船舶有限时间轨迹跟踪控制

该文研究了由外部时变干扰和模型不确定性构成的复合扰动作用下,具有全状态约束的海洋水面船舶(MSV)的有限时间轨迹跟踪控制问题。首先,引入有限时间扰动观测器来精确估计由外部扰动和模型不确定性构成的复合扰动。其次,将障碍李雅普诺夫函数、反步法和有限时间稳定性理论相结合,实现全状态约束。采用有限时间指令滤波器对虚拟控制律求导,既避免了微分膨胀问题,也避免了奇异问题。然后,引入有限时间滤波误差补偿系统,处理滤波误差的影响。基于有限时间稳定性理论,证明该文控制策略下的跟踪误差在有限时间内可以收敛到零点附近小邻域。最后,通过MATLAB仿真进一步验证了控制方案的有效性。将该文有限时间全状态约束轨迹跟踪控制(FCTC)方法和自适应全状态约束轨迹跟踪控制(ACTC)方法进行对比,结果显示:FCTC方法下实际位置和速度轨迹能在有限时间内精确地跟踪上期望的位置和速度轨迹,可保证跟踪误差不超过预定的约束; FCTC比ACTC具有更快的瞬态响应,并且稳态误差比ACTC小。