熱點?|?無人船擾動估計與抗干擾控制

海洋是聯通世界的紐帶，也是全球經濟增長的重要引擎。黨的二十大報告指出要“發展海洋經濟，保護海洋生態環境，加快建設海洋強國”。無人船作為一種顛覆海洋作業模式的高科技產物，是建設海洋強國、賦能智慧海洋的重要支撐。與有人船相比，無人 船具有自主性強、維護成本低、工作效率高、任務能力多樣化等顯著優勢，在軍事和民用領域展現出極其重要的應用價值。無人船廣泛應用于情報搜集、監視偵察、港口警戒、精確打擊、環境監測、水文采集、資源勘察、海上搜救等海洋作業任務場景，被認為是研究海洋、開發海洋、保護海洋、經略海洋的中堅力量。

國內外代表性無人船（艇）

運動控制是實現無人船自主航行的關鍵技術。然而，無人船運動模型存在大量的不確定性，包括模型參數不確定、未建模動態以及風浪流擾動。為了降低和消除不確定性對運動控制性能的影響，提高無人船在不確定性條件下的穩定性和魯棒性，研究者提出了滑?？刂?、參數自適應控制、魯棒控制、神經網絡控制、模糊控制、抗干擾控制等方法。其中，狀態與擾動估計是實現無人船高精度抗干擾運動控制的基礎，是當前備受關注的熱點問題之一。為解決上述科學問題，作者研究團隊率先在國內開展無人船抗干擾運動控制研究，在海洋工程和智能控制領域期刊

Ocean Engineering

IEEE Transactions on Industrial

Electrionics

IEEE Transactions on Cybernetics

IEEE Transactions on Neural Networks and Learning

Systems

IEEE Transactions on Control

Systems Technology

無人船擾動估計與抗干擾控制

劉陸, 彭周華, 岳佳旺 等著

北京：科學出版社, 2025.11

ISBN 978-7-03-079227-3

本書針對存在模型參數不確定性、未建模動態、風浪流擾動下的無人船，系統地介紹了無人船擴張狀態觀測器與抗干擾控制器的設計方法，為復雜海洋環境下無人船精確運動控制奠定了堅實的理論和技術基礎。本書共8 章。

• 第1 章綜述了無人船擾動估計與狀態觀測的國內外研究現狀及進展。

• 第2 章給出了無人船的運動模型，并介紹了無人船擴張狀態觀測器與抗干擾控制器設計分析所需的基礎知識。

• 第3 章提出了無人船非線性擴張狀態觀測器設計方法。

• 第4 章提出了無人船事件觸發非線性擴張狀態觀測器設計方法。

• 第5 章提出了無人船自適應擴張狀態觀測器設計方法。

• 第6 章提出了無人船數據驅動自適應擴張狀態觀測器設計方法。

• 第7 章提出了基于波浪濾波的無人船擴張狀態觀測器設計方法。

• 第8 章介紹了如何將上述擴張狀態觀測器用于無人船動力學控制器設計中，給出了基于擴張狀態觀測器的無人船抗干擾控制器設計方法。

無人船運動控制器結構圖

基于觀測器的無人船運動控制器結構如圖所示，主要由制導律、控制律、觀測器三個模塊組成。制導律的作用是根據控制目標的不同，如路徑跟蹤、軌跡跟蹤、目標跟蹤、編隊控制等目標，設計出船舶的速度、角度或角速度的制導信號；控制律的作用是設計動力學控制器以跟蹤給定的制導信號；觀測器的作用是給控制律模塊提供精確的狀態與擾動觀測信號。

全書由劉陸、彭周華、岳佳旺、古楠、王浩亮、王安青共同完成，其中，劉陸負責撰寫第3 章和第4 章，彭周華負責撰 寫第2 章和第8 章，岳佳旺負責撰寫第5 章和第7 章，古楠負責撰寫第6 章，王浩亮負責撰寫1.2 節，王安青負責撰寫1.1 節、1.3 節。

作者簡介

劉陸，大連海事大學教授，博士生導師。面向國家海洋強國戰略發展需要，長期致力于無人船制導與控制、多無人船集群協同控制的研究工作。主持國家自然科學基金青年基金項目B類、面上項目等國家級項目4項，參與國家自然科學基金重點項目等國家級項目8項。在海洋工程和控制領域重要期刊上發表SCI期刊論文82篇，出版無人船控制領域學術專著3部；授權國家發明專利75項。研究成果獲遼寧省自然科學一等獎、中國海洋工程科學技術一等獎等省部級/協會科研獎勵5項。獲全球前2%頂尖科學家，中國科協青年托舉人才，遼寧省興遼英才青年拔尖人才等榮譽。

彭周華，大連海事大學二級教授，博士生導師，國家級青年人才，大連海事大學船舶電氣工程學院院長，大連市智能船艇集群控制與電氣技術重點實驗室主任。長期致力于智能船舶，智能海洋無人系統、船舶電氣系統控制及應用技術研究。主持承擔科技部、基金委等國家級項目10余項。發表SCI論文181篇，出版學術專著4部，授權發明專利80項。以第一完成人獲遼寧省自然科學一等獎，教育部自然科學二等獎，中國海洋工程科學技術一等獎，遼寧省自然科學二等獎。獲全國交通運輸系統先進工作者，政府特殊津貼專家，遼寧省“興遼英才計劃”領軍人才，交通運輸部中青年創新領軍人才，全球前2%頂尖科學家等榮譽。

岳佳旺，浙江大學博士，研究方向包括自適應抗干擾控制、無人船擾動估計及新能源汽車無線充電系統等。圍繞復雜系統中的擾動建模、觀測與抑制、先進降噪算法以及新型控制結構的設計與工程實踐等關鍵問題開展了系統性研究，以第一作者在IEEE匯刊等國際頂級期刊發表論文12篇，授權國家發明專利10項，長期擔任多種頂級期刊審稿人。研究成果獲省級優秀學位論文、IEEE 國際會議最佳論文等獎項，并多次榮獲博士研究生國家獎學金。入選中國科協博士生青年人才托舉工程、浙江大學“求是新星”、浙江大學“爭創優博”等榮譽計劃。

本書相關研究工作得到了科技創新2030—“新一代人工智能”重大項目（2022ZD0119902）、國家自然科學基金面上項目和青年科學基金項目（52471372、52271304、52501374、62203081）、遼寧省興遼英才計劃項目（XLYC2402054、XLYC2403051）、遼寧省自然科學基金計劃項目（2024-MS-009、2024-BS-012）、大連市科技創新基金重大基礎研究項目（2023JJ11CG008）的資助。

本文摘編自《無人船擾動估計與抗干擾控制》（劉陸, 彭周華, 岳佳旺 等著. 北京：科學出版社, 2025.11）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-079227-3

責任編輯: 姜 紅 孟宸羽

本書針對存在內部模型不確定性、外部環境擾動下的無人船，系統介紹其擴張狀態觀測器設計方法，以及基于擴張狀態觀測器的抗干擾控制器應用。本書的主要內容包括：無人船狀態重構與擾動估計的國內外研究現狀、無人船擴張狀態觀測器設計的基礎知識、無人船非線性擴張狀態觀測器設計、無人船事件觸發非線性擴張狀態觀測器設計、無人船自適應擴張狀態觀測器設計、無人船數據驅動自適應擴張狀態觀測器設計、基于波浪濾波的無人船擴張狀態觀測器設計、基于擴張狀態觀測器的無人船抗干擾控制器設計。本書附有電子彩圖，讀者可掃封底二維碼閱讀彩圖。

本書可作為無人船狀態 重構與擾動估計、無人船抗干擾運動控制等領域的科研人員與工程技術人員的參考書，也可供高等院校船舶與海洋工程、控制理論與控制工程、導航制導與控制、電氣工程等相關專業研究生參考。

（本文編輯： 劉四旦 ）

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