【无人艇编队控制】两种轨迹跟踪方法在欠驱动无人水面艇（USV）上的对比仿真程序，相同扰动条件下测试两种 TTG（Target Tracking Guidance）方法的跟踪性能附Matlab代码

最新推荐文章于 2025-12-01 18:45:00 发布

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🔥 内容介绍

在海洋探索与开发的宏伟蓝图中，无人艇编队控制技术正逐渐成为关键的支撑力量。随着海洋资源的深入开发、海上安全保障需求的提升以及海洋科研的不断推进，无人艇编队以其高效、灵活、安全等诸多优势，在众多海洋作业场景中崭露头角，成为了现代海洋工程领域的研究热点。

无人艇，作为一种能够在水面自主航行的智能设备，可代替人类执行各种复杂且危险的任务。而当多艘无人艇组成编队协同作业时，其能力得到了进一步的拓展和增强。它们能够在海洋监测中，实现对大面积海域的同步观测，获取更全面、更准确的海洋环境数据；在海上救援行动里，通过分工协作，快速搜索和定位目标，提高救援效率；于军事领域，无人艇编队可执行侦察、巡逻、反潜等任务，降低人员伤亡风险的同时，提升作战的隐蔽性和灵活性。

欠驱动无人水面艇（USV）作为无人艇中的重要类型，具有独特的结构和特性。与全驱动无人艇相比，欠驱动无人水面艇在某些自由度上缺乏直接的驱动力，通常表现为侧向或垂向没有独立的推进装置。这种结构设计虽然简化了艇体构造，降低了成本和能耗，但也给其控制带来了极大的挑战。在轨迹跟踪过程中，欠驱动无人水面艇无法像全驱动艇那样，通过直接控制所有自由度来精确地跟踪目标轨迹，需要借助更为复杂的控制策略和算法，巧妙地利用艇体的动力学特性和环境因素，实现高效、稳定的轨迹跟踪。

轨迹跟踪控制对于欠驱动无人水面艇的任务执行至关重要，它是确保无人水面艇能够按照预定路径准确航行的核心技术。在实际海洋作业中，无论是进行海洋资源勘探时需精确沿着特定的航线搜索目标，还是在执行海上巡逻任务时需严格按照既定路线监控海域，无人水面艇都必须具备高精度的轨迹跟踪能力。只有实现了精确的轨迹跟踪，无人水面艇才能有效地完成各种任务，充分发挥其在海洋作业中的价值。倘若轨迹跟踪控制出现偏差，无人水面艇可能会偏离预定航线，导致任务失败，甚至可能面临碰撞障碍物、迷失方向等危险情况。

轨迹跟踪方法介绍

在欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪领域，不同的轨迹跟踪制导（TTG）方法各有千秋，它们基于不同的原理和算法，为无人艇的精确控制提供了多样化的解决方案。下面将详细介绍两种具有代表性的 TTG 方法。

方法一详情

第一种轨迹跟踪制导方法是基于滑模控制的 TTG 方法。滑模控制作为一种变结构控制策略，以其对系统参数变化和外部干扰的强鲁棒性在众多控制领域得到广泛应用，在欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪中也展现出独特的优势。

其核心原理是通过设计一个合适的滑动面，使无人艇的运动状态能够沿着这个滑动面渐近稳定地到达期望的轨迹。当无人艇的状态在滑动面上运动时，系统对参数变化和外部干扰具有很强的鲁棒性，能够保持稳定的跟踪性能。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% 初始化

persistent alpha_u alpha_r Tu Tr T nu_cf W_u W_r c b

if isempty(alpha_u)

alpha_u = 0;

alpha_r = 0;

Tu = 1;

Tr = 1;

T = 0.1;

nu_cf = nu_c;

c = 0.1*ones(3,11);

b = 1*ones(1,11);

W_u = zeros(11,1);

W_r = zeros(11,1);

end

🔗 参考文献

Gu, N., Wang, D., Peng, Z., Li, T., & Tong, S. (2021). Model-Free Containment Control of Underactuated Surface Vessels Under Switching Topologies Based on Guiding Vector Fields and Data-Driven Neural Predictors. IEEE Transactions on Cybernetics, 1–12.