控制与决策

作者：李亚鑫,余林涛,张慧洁,王宇

单位：西南石油大学 电气信息学院，成都 610500,,西南石油大学 电气信息学院，成都 610500,,成都工业学院 自动化与电气工程学院，成都 610031,,西南石油大学 电气信息学院，成都 610500,

关键词：水下潜航器;预定时间控制;反步控制;积分滑模控制;扰动观测器;输入饱和

基金：四川省自然科学基金面上项目(2024NSFSC0513)；成都市科学技术局科普基地建设基金项目(2022-HM03-00044-SN).

随着水下任务需求的不断提升, 轨迹跟踪控制一方面需克服模型参数的不确定性、外界未知扰动以及输入饱和对控制性能的影响; 另一方面为避免跟踪误差收敛时间被高估, 需提前约束误差收敛时间的上界. 为此, 针对六自由度全驱动自主水下潜航器, 提出一种基于扰动观测器的非奇异预定时间控制方法. 首先, 设计预定时间稳定的扰动观测器, 实现对模型参数不确定性和外部扰动的快速精确估计; 其次, 基于位姿跟踪误差采用反步法设计虚拟速度控制量, 并通过非线性一阶滤波器对虚拟量求导, 解决反步法固有的“微分爆炸”问题; 与此同时, 引入辅助动力系统并根据扰动观测器的实时补偿, 设计具有抗饱和特性的非奇异积分滑模控制律, 采用Lyapunov稳定性理论证明该闭环控制系统实际预定时间稳定, 并且系统内所有信号在预定时间内收敛于原点附近邻域; 最后, 通过仿真结果验证所提出设计方法的有效性, 其不仅跟踪误差收敛速度优于固定时间控制, 且收敛时间上界不受系统初始状态的影响.

来源：2026年第2期

《控制与决策》期刊编辑部

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