位置和艏向角约束的非对角欠驱动USV轨迹跟踪

摘要

仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统,不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇,设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律,在保证跟踪误差暂态性能的前提下,实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先,通过状态变换将非对角模型转化为对角形式,并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次,通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程,并通过引入障碍Lyapunov函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后,通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题,稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明了该控制器的有效性。