欠驱动无人水面艇航迹跟踪控制系统

固定时间收敛

一种面向欠驱动无人水面艇的固定时间控制框架，通过动态虚拟导引船机制在任意初始位置误差下实现预设精度的航迹跟踪，并经4.9米USV海上实验验证。

Zheng, Wang · 赵永胜 · Mu, Dongdong · Zhang, Wang · 王倩

ISA Transactions 2026

参数信息

USV长度

4.9 m

技术优势

收敛时间与初始状态无关

采用固定时间控制理论，保证系统在预设的固定时间内稳定，不需要根据初始误差调整参数。

预设跟踪精度

通过固定时间预设性能导引律，将跟踪误差约束在预设的界内，实现定量精度控制。

无需已知精确模型

采用模糊系统近似未知动态，结合逆优化方法求解最优控制律，避免直接求解HJB方程。

大初始误差下仍能收敛

引入动态虚拟导引船机制，在大位置误差时用虚拟船轨迹替换原参考轨迹，保证实际USV仍能快速收敛。

应用场景

• 无人艇自主导航：为自主导航提供预设精度的航迹跟踪控制律，无需依赖精确模型。
• 无人艇航迹跟踪：在固定时间内跟踪预设航迹，误差有界可调。
• 水面无人系统：适用于实际水面无人系统，经海上实验验证。