Distributed fixed-time formation tracking control for multiple underactuated USVs with lumped uncertainties and input saturation

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作者
J. Li,Yunsheng Fan,Jiaxian Liu
出处
期刊:Isa Transactions [Elsevier BV]
卷期号:154: 186-198 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.isatra.2024.08.022
摘要

A fixed-time distributed formation control strategy is investigated for multiple underactuated unmanned surface vehicles (USVs) with unmeasured velocities and input saturation. Initially, a necessary coordinate transformation is applied to the mathematical model of USVs to address the underactuated issue. Subsequently, a fixed-time extended state observer (FESO) is constructed to estimate unmeasured velocities and lumped disturbances of USVs based on input and output data in the control loop. Meanwhile, the leader-follower approach is applied to achieve a preset formation. A fixed-time differentiator is utilized to compute real-time differential signals for virtual control laws, which simplifies the complexity of controller design. Furthermore, a fixed-time distributed formation controller is designed based on an asymmetric differentiable saturation model. The effects of input saturation are eliminated by a designed auxiliary system. Finally, the fixed-time stability of the closed-loop system is analyzed through the Lyapunov stability theory. The comparison simulation results verify the effectiveness and superiority of the proposed formation control scheme.
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