基于双系数被动性的滑模控制用于自主海洋车辆的鲁棒路径跟踪：仿真与实验研究

《IEEE Journal of Oceanic Engineering》：Dual Coefficient Passivity-Based Sliding Mode Control for Robust Path Following of Autonomous Marine Vehicles With Simulations and Experiments

自主海洋车辆动态路径跟踪需双系数滑模控制，基于Hamiltonian框架实现有限时间收敛与架构简化，仿真误差（MAE=0.2490m；RMSE=1.0018m）优于传统方法，实地测试验证环境扰动下的精准航迹保持能力。

　　

摘要：

在面临外部干扰和模型不确定性的情况下，鲁棒的路径跟随能力是自主海洋航行器（AMVs）的关键要求。本文提出了一种基于双系数被动性的滑模控制（PBSMC）方案，该方案在确保系统有限时间收敛的同时，大幅简化了控制架构。传统的AMV动力学模型建立在哈密顿框架内，使得无需详细的结构假设即可进行严格的稳定性分析。值得注意的是，PBSMC算法仅使用两个控制系数，从而简化了控制结构并提高了可靠性。通过对三条路径和五个测试案例的广泛仿真验证，该方案表现出卓越的路径跟随性能，平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）分别控制在0.3745米和1.1736米以内。与传统的滑模控制、反步控制和自适应模糊滑模控制相比，PBSMC算法的精度最高（MAE = 0.2490米；RMSE = 1.0018米）。在NGC4MR-AUV1.0平台上的湖面试验进一步证明了其实际应用可行性：该航行器能够在环境干扰下精确跟随航点，并能快速从突发干扰中恢复。这些结果表明，双系数PBSMC方案为高精度AMV路径跟随提供了一种可靠且易于实现的解决方案，适用于现实世界的应用场景。