本书全面介绍了作者近年来在海洋航行器运动控制领域的研究成果。主要内容包括海洋航行器镇定控制、轨迹跟踪控制和协同编队控制。首先，研究了考虑未知扰动、状态受限以及执行器死区的海洋航行器镇定控制问题。其次，解决了执行器饱和、状态受限及速度未知条件下，海洋航行器轨迹跟踪问题。*后，将上述速度未知、状态受限等环境影响，在海洋航行器协同编队问题中进一步分析与设计。同时给出了大量的仿真数据，使读者能充分理解海洋航行器运动控制中的各个指标。

随着海洋强国战略的实施，对海洋作业提出了新的要求及挑战。自主海洋航行器(Autonomous Marine Vehicle,AMV)作为先进的海洋装备，可大幅提高作业效率，具有较高的实用价值。世界上有许多国家正在致力于海洋航行器的研究和开发，涉及科学、环境、民用和军事等众多领域。根据完整的海洋航行器运动控制作业特点，可将其分为：镇定（动力定位和姿态保持）、轨迹跟踪（跟踪预设轨迹）、协同编队（多航行器配合）。海洋航行器根据不同的作业需求，需切换不同的控制模式，组合形成完整的运动控制系统。因此，为系统性地完成海洋航行器任务作业，需全面地研究运动控制的三类问题。
本书是一部以自主海洋航行器为研究对象，研究其运动控制方法的著作，是作者近年来对海洋航行器运动控制及其相关领域研究成果的积累和总结，同时吸收了国内外相关参考文献的精华部分。本书通过详细的章节结构，从镇定、轨迹跟踪、协同编队三方面介绍自主海洋航行器的运动控制方法，提出系列方案解决外部干扰、状态受限、速度未知、执行器死区、间歇通信等问题，并给出了相应仿真验证结果，向读者展现了海洋航行器运动控制技术的精髓。
本书共分12章。第1章为绪论，介绍了自主海洋航行器运动控制的背景意义、问题分类及各自研究现状；第2章介绍了海洋航行器的数学模型，以及常用的引理和数学基础知识；第3章介绍了改善镇定控制中海洋航行器系统收敛速度慢的问题；第4章介绍了解决非匹配扰动存在情况下的抗干扰时变镇定控制问题；第5章研究了具有执行器死区和状态受限条件的海洋航行器抗扰时变镇定控制问题；第6章基于切换控制，提出了自主海洋航行器全局指数镇定控制律；第7章研究了在执行器饱和下的海洋航行器的轨迹跟踪问题；第8章解决了状态受限情况下的海洋航行器轨迹跟踪控制问题；第9章研究了状态受限条件下的海洋航行器协同编队控制问题；第10章研究了领航者速度未知条件下的海洋航行器协同编队控制问题；第11章进一步解决了状态受限及跟随者速度未知条件下的海洋航行器协同编队控制问题；第12章研究了基于事件触发间歇通信的海洋航行器协同编队控制。
作者

张鹏飞，男，博士，湖州师范学院讲师，硕士生导师。毕业于大连海事大学，控制科学与工程，从事水面、水下航行器运动控制，两轮机器人控制，多智能体一致性与跟踪控制研究。

智能交通与运载工程前沿技术丛书序言
前言
第1章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2问题分类1
1.3镇定控制3
1.3.1抗干扰周期时变镇定控制3
1.3.2执行器死区与偏航约束问题6
1.3.3切换策略7
1.4轨迹跟踪控制9
1.4.1抗干扰轨迹跟踪控制9
1.4.2输出约束下轨迹跟踪控制12
1.5协同编队12
1.5.1协同路径跟随13
1.5.2领航与跟随策略15
1.5.3其他策略17
1.6全书结构安排18
第2章基础知识20
2.1数学建模20
2.1.1AMV水平面运动数学模型21
2.1.2AMV三维运动数学模型22
2.2预备知识22
2.2.1稳定性定义22
2.2.2稳定性证明相关引理23
2.2.3障碍李雅普诺夫函数25
2.2.4RBF神经网络25
2.3符号说明26
第3章AMV全局渐近时变镇定控制28
3.1问题描述28
3.2模型变换29
3.3分数幂方法31
3.3.1AMV镇定控制31
3.3.2收敛速度分析35
3.4变周期方法37
3.5仿真分析42
3.5.1分数幂方法42
3.5.2变周期方法46
3.6本章小结50
第4章AMV抗干扰时变镇定控制51
4.1问题描述51
4.2固定时间扰动观测器52
4.3控制器设计与稳定性证明57
4.4仿真分析64
4.5本章小结69
第5章状态受限及执行器死区下AMV抗扰时变镇定控制70
5.1问题描述70
5.2状态受限问题71
5.3执行器死区下的扰动观测器79
5.4AMV全局渐近镇定82
5.4.1初值位于约束区域内82
5.4.2初始条件任意84
5.4.3相关扩展85
5.5仿真分析89
5.6本章小结96
第6章切换策略下的AMV全局指数镇定控制97
6.1固定时间策略97
6.1.1问题描述97
6.1.2执行器死区下的AMV镇定控制98
6.2尺度函数策略111
6.2.1问题描述111
6.2.2微分同胚变换112
6.2.3控制器设计与稳定性证明114
6.3数值仿真120
6.3.1固定时间策略120
6.3.2尺度函数策略124
6.4本章小结128
第7章执行器饱和下的AMV轨迹跟踪控制129
7.1执行器饱和问题129
7.1.1问题描述129
7.1.2扰动观测器设计及稳定性分析131
7.1.3轨迹跟踪控制律设计及稳定性分析132
7.2未知时变扰动下的轨迹跟踪138
7.2.1问题描述138
7.2.2扰动观测器设计及稳定性分析138
7.2.3轨迹跟踪控制律设计及稳定性分析140
7.3仿真分析145
7.3.1饱和问题145
7.3.2未知时变扰动150
7.4本章小结156
第8章状态受限海洋航行器轨迹跟踪控制157
8.1系统模型和问题描述157
8.2控制器设计159
8.2.1有限时间观测器设计159
8.2.2模型变换159
8.2.3约束变换162
8.2.4设计新控制器1e和2e162
8.3仿真分析166
8.4本章小结170
第9章状态受限的AMV有限时间编队控制171
9.1系统模型和问题描述171
9.1.1AMV模型及相应变换171
9.1.2控制目标173
9.2控制器设计与稳定性证明176
9.2.1有限时间扰动观测器设计176
9.2.2相关引理176
9.2.3设计控制器177
9.3仿真分析181
9.4本章小结186
第10章速度未知下的AMV抗干扰编队控制187
10.1时变扰动问题187
10.1.1问题描述187
10.1.2编队控制律设计及稳定性分析191
10.2速度未知下的AMV编队196
10.2.1问题描述196
10.2.2速度观测器设计199
10.2.3编队控制律设计及稳定性分析204
10.3仿真分析212
10.3.1时变扰动问题212
10.3.2速度未知问题215
10.4本章小结221
第11章速度未知下AMV抗干扰固定时间编队控制222
11.1时变扰动问题222
11.1.1问题描述222
11.1.2扰动观测器224
11.1.3编队控制律及稳定性分析226
11.2速度未知下AMV固定时间编队控制229
11.2.1问题描述229
11.2.2基于可测速度及位置的编队控制律230
11.2.3速度观测器236
11.2.4基于速度观测器的控制律设计及稳定性分析242
11.3仿真分析243
11.3.1时变扰动问题243
11.3.2速度未知问题仿真247
11.4本章小结254
第12章基于事件触发间歇通信的AMV固定时间编队控制255
12.1问题描述255
12.2触发事件设计256
12.3控制器设计及稳定性分析257
12.4仿真分析261
12.5本章小结269
参考文献270