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基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制
基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制
摘要：
无人船艇的研究和应用在海洋勘测、海洋环境监测以及救援等领域具有广阔的应用前景。为了实现无人艇对目标的准确跟踪和控制，本文提出了一种基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制方法。首先，利用扩张状态观测器实时对无人艇的状态进行估计，以提供准确的状态信息。然后，设计控制器来实现无人艇对目标的跟踪，并引入干扰校正技术来抵消系统的外部干扰。最后，通过数值仿真验证了该方法的有效性。
关键词：无人艇，目标跟踪，控制器设计，扩张状态观测器，干扰校正
1.引言
无人艇是一种可以自主航行的船艇，具有广泛的应用领域。在海洋勘测、环境监测以及救援任务中，无人艇可以代替人工完成一些危险或繁重的任务，减少了人力物力的投入，并且可以提高任务的执行效率。无人艇的自主导航与控制是实现其目标跟踪和控制的关键技术之一。然而，由于水流、风力等环境因素的干扰以及传感器误差等因素的影响，无人艇的跟踪精度和控制性能存在一定的挑战。
2.背景与相关工作
在目标跟踪控制领域，扩张状态观测器（ESO）是一种常用的方法，通过对系统状态进行估计，提供准确的状态信息，以便设计有效的控制器。ESO的基本思想是通过引入误差观测子来估计系统的外部干扰和未建模动态。然后，通过校正控制器来实现目标跟踪和控制任务。
3.系统建模
在本文中，我们考虑一个双桨推进的无人艇系统。无人艇的动力学模型可以表示为：
[公式]
其中，[公式]是无人艇的状态向量，[公式]是无人艇的输入向量，[公式]是无人艇的引入扰动。[公式]是无人艇的输出向量，用于对目标进行跟踪。[公式]是描述无人艇与目标之间的相对位置的函数。[公式]是无人艇与目标之间的距离。
4.控制器设计
本文使用了基于ESO的控制器设计方法来实现目标跟踪和控制。首先，通过引入错误观测器，估计无人艇系统的状态和干扰。然后，设计校正控制器来消除系统的外部干扰和未建模动态。最后，将跟踪误差和控制输入引入到系统中，并通过改进的控制算法实现目标跟踪和控制任务。
5.数值仿真
为了验证所提方法的有效性，本文进行了数值仿真实验。将无人艇设置为跟踪一个运动目标，并在水流条件和风力干扰下进行跟踪控制。通过比较使用和不使用ESO的跟踪性能，说明了ESO在抗干扰方面的优越性。同时，还通过改变ESO的参数来研究其对系统性能的影响。
6.结论
本文提出了一种基于扩张状态观测器的双桨推进无人艇抗干扰目标跟踪控制方法。通过引入ESO来估计无人艇的状态和干扰，设计控制器来实现目标的跟踪，并引入干扰校正技术来抵消系统的外部干扰。通过数值仿真验证了该方法的有效性。未来的研究可以进一步完善控制方法，并在实际无人艇系统中进行实验验证。
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