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当今时代,在经济全球化的趋势下,海上交通已经越来越引起人们的重视,世界各国都加大了对海洋装备的研究力度,力求在军事,航运和科学探索上掌握主动权。海洋水面船舶(Marine Surface Vessels,MSV)是重要的海上交通运载工具,其研究具有很高的应用价值。本文介绍了关于MSV的一系列控制问题的研究背景,针对MSV轨迹跟踪和编队控制的相关问题进行研究,主要内容如下:1.输入约束和滤波补偿下MSV轨迹跟踪动态面控制:应用动态面控制技术实现MSV的轨迹跟踪控制。进一步考虑到传统动态面控制方法由于引入一阶滤波器导致滤波误差影响系统的控制性能,设计滤波误差补偿信号避免滤波误差对系统的影响。并且考虑到在实际航行中,MSV的执行器受到自身物理属性等因素的限制,系统的控制输入是有界的。应用径向基神经网络函数(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)与动态面相结合的控制方法实现了在执行器饱和约束条件下的MSV轨迹跟踪控制。2.基于有限时间干扰观测器的MSV轨迹跟踪滤波反步法控制:针对MSV在航行中由于受到外界环境扰动,从而影响系统控制性能的问题,提出了基于有限时间干扰观测器的滤波反步法控制方法。应用有限时间观测器对外部环境扰动进行精确估计,进一步结合指令滤波控制方法设计控制律,应用二阶指令滤波器得到更为精确的虚拟控制量的导数,提高系统控制精度,实现了在外部环境扰动下的MSV轨迹跟踪控制。3.基于领航跟随法的MSV编队控制:为了解决MSV在外界环境干扰下的编队控制问题,提出了基于领导者-跟随者的编队控制策略实现MSV的编队控制。首先应用有限时间观测器估计编队网络中各MSV受到的外界环境扰动,同时针对执行器饱和约束问题设计辅助动态系统。根据提出的控制策略,结合指令滤波控制技术和图论相关知识设计控制律,实现了带有干扰和执行器饱和约束的MSV编队控制。最后,通过李雅普诺夫稳定理论证明,在上述提出的控制律作用下的闭环系统稳定,应用MATLAB仿真研究,结果表明所设计的控制器合理有效,MSV具有良好的鲁棒性,能够实现控制目标。