Bộ điều khiển trơn bền vững cho bài toán bám quỹ đạo của phương tiện mặt nước thiếu dẫn động dưới tác động của nhiễu
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.CSCE9.2025.3-12Từ khóa:
Bám trong miền lân cận; Phương tiện mặt nước thiếu dẫn động; Điều khiển thích nghi; Phân tích tính ổn định.Tóm tắt
Bám quỹ đạo cho các phương tiện mặt nước thiếu dẫn động (USVs) là một thách thức do sự tác động của nhiễu, các bất định của hệ thống và tình trạng thiếu dẫn động. Bài báo này đề xuất một bộ điều khiển mạnh mẽ, trơn liên tục cho USV hoạt động trong những điều kiện này. Một luật dẫn dựa trên vận tốc được thiết kế, kết hợp với kỹ thuật điểm điều khiển [9] và việc đưa thêm một lượng nhỏ vào sai số bám. Bên cạnh đó, một bộ điều khiển lực thích nghi trơn được phát triển nhằm đưa USV bám quỹ đạo mong muốn. Khác với bộ điều khiển trượt, bộ điều khiển đề xuất tạo ra các tín hiệu điều khiển liên tục và không yêu cầu biết trước biên của nhiễu. Lý thuyết ổn định Lyapunov và Lemma của Barbalat được sử dụng để phân tích tính ổn định. Các mô phỏng trong Matlab–Simulink với các giá trị ε khác nhau, so sánh với bộ điều khiển trong [17], cho thấy USV bám quỹ đạo mong muốn với sai số nhỏ đồng thời duy trì các lực và mô men điều khiển trơn liên tục.
Tài liệu tham khảo
[1]. M. Li, C. Guo, and H. Yu, “Extended state observer-based integral line-of-sight guidance law for path following of underactuated unmanned surface vehicles with uncertainties and ocean currents”, International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 18, no. 3, (2021).
[2]. T. I. Fossen, “An adaptive line-of-sight (ALOS) guidance law for path following of aircraft and marine craft”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 31, no. 6, (2023).
[3]. T. Yamasaki, K. Enomoto, H. Takano, Y. Baba, and S. N. Balakrishnan, “Advanced pure pursuit guidance via sliding mode approach for chase UAV”, AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, (2009).
[4]. H. Xu, T. I. Fossen, and C. Guedes Soares, “Uniformly semiglobally exponential stability of vector field guidance law and autopilot for path-following”, European Journal of Control, vol. 53, pp. 88–97, (2020).
[5]. Y. Su, L. Wan, D. Zhang, and F. Huang, “An improved adaptive integral line-of-sight guidance law for unmanned surface vehicles with uncertainties”, Applied Ocean Research, vol. 108, Art. no. 102488, (2021).
[6]. H. Zhang, X. Zhang, and R. Bu, “Sliding mode adaptive control for ship path following with sideslip angle observer”, Ocean Engineering, vol. 251, p. 111106, (2022).
[7]. S. Li, Z. Xu, J. Liu, and C. Xu, “Learning-based extended dynamic mode decomposition for addressing path-following problem of underactuated ships with unknown dynamics”, International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 20, no. 12, pp. 4076–4089, (2022).
[8]. Q. V. Tran, C. Lee, J. Kim, and H. Q. Nguyen, “Robust bearing-based formation tracking control of underactuated surface vessels: An output regulation approach”, IEEE Transactions on Control of Network Systems, vol. 10, no. 4, pp. 2048–2059, (2023).
[9]. D. S. Cao and Q. V. Tran, “Adaptive path-following control of underactuated surface vessels subject to unknown disturbances with uniform bounded lateral motion”, International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 23, (2025).
[10]. C. Paliotta, E. Lefeber, K. Y. Pettersen, J. Pinto, M. Costa, and J. T. de Figueiredo Borges de Sousa, “Trajectory tracking and path following for underactuated marine vehicles”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 27, no. 4, pp. 1423–1437, (2019).
[11]. P. Aguiar et al., “Trajectory-tracking and path-following of underactuated autonomous vehicles with parametric modeling uncertainty”, IEEE Transactions on Automatic Control, (2007).
[12]. R. A. Horn et al., Matrix Analysis, Cambridge University Press, (2012).
[13]. P. Ioannou and J. Sun, Robust Adaptive Control, Dover Publications, (2012).
[14]. T. I. Fossen, Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, Wiley, (2011).
[15]. Cao Duc Sang et al., “Điều khiển di chuyển bám quỹ đạo cho phương tiện nổi tự hành hụt dẫn động dựa trên kỹ thuật mô hình dự báo phi tuyến”, Journal of Science and Tecnology, Hanoi University of Industry, Vol. 61, No. 3, (2025) (in Vietnamese).
[16]. Quoc Van Tran, Duc Sang Cao et al., “Robust path-following of underactuated surface vehicles with an arbitrarily small position error”, International Conference on Sustainability and Emerging Technologies for Smart Manufacturing (SETSM), (2025).
[17]. Cao Duc Sang, Tran Thang Le, and Khuyen Nguyen Trong, “A robust adaptive controller for underactuated ASVs in loose path-following with an added error and a new control handpoint”, Journal of Military Science and Technology, no. 106, pp. 18–27, (2025).
