海洋是聯(lián)通世界的紐帶，也是全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要引擎。黨的二十大報(bào)告指出要“發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”。無人船作為一種顛覆海洋作業(yè)模式的高科技產(chǎn)物，是建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)、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(qiáng)、維護(hù)成本低、工作效率高、任務(wù)能力多樣化等顯著優(yōu)勢(shì)，在軍事和民用領(lǐng)域展現(xiàn)出極其重要的應(yīng)用價(jià)值。無人船廣泛應(yīng)用于情報(bào)搜集、監(jiān)視偵察、港口警戒、精確打擊、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水文采集、資源勘察、海上搜救等海洋作業(yè)任務(wù)場(chǎng)景，被認(rèn)為是研究海洋、開發(fā)海洋、保護(hù)海洋、經(jīng)略海洋的中堅(jiān)力量。

國(guó)內(nèi)外代表性無人船（艇）

運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)無人船自主航行的關(guān)鍵技術(shù)。然而，無人船運(yùn)動(dòng)模型存在大量的不確定性，包括模型參數(shù)不確定、未建模動(dòng)態(tài)以及風(fēng)浪流擾動(dòng)。為了降低和消除不確定性對(duì)運(yùn)動(dòng)控制性能的影響，提高無人船在不確定性條件下的穩(wěn)定性和魯棒性，研究者提出了滑?？刂啤?shù)自適應(yīng)控制、魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、抗干擾控制等方法。其中，狀態(tài)與擾動(dòng)估計(jì)是實(shí)現(xiàn)無人船高精度抗干擾運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，是當(dāng)前備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。為解決上述科學(xué)問題，作者研究團(tuán)隊(duì)率先在國(guó)內(nèi)開展無人船抗干擾運(yùn)動(dòng)控制研究，在海洋工程和智能控制領(lǐng)域期刊

Ocean Engineering

(《海洋工程》)、

IEEE Transactions on Industrial

Electrionics

（《IEEE 工業(yè)電子學(xué)期刊》）、

IEEE Transactions on Cybernetics

（《IEEE 控制論期刊》）、

IEEE Transactions on Neural Networks and Learning

Systems

（《IEEE 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與學(xué)習(xí)系統(tǒng)期刊》）、

IEEE Transactions on Control

Systems Technology

（《IEEE 控制系統(tǒng)技術(shù)期刊》）等發(fā)表期刊論文100 余篇。無人船擾動(dòng)估計(jì)與抗干擾控制是作者十年來取得的研究成果的系統(tǒng)總結(jié)，包含了作者取得的大量理論和實(shí)踐成果，可為從事無人海洋航行器抗干擾運(yùn)動(dòng)控制研究的科研人員提供參考。

無人船擾動(dòng)估計(jì)與抗干擾控制

劉陸, 彭周華, 岳佳旺 等著

北京：科學(xué)出版社, 2025.11

ISBN 978-7-03-079227-3

本書針對(duì)存在模型參數(shù)不確定性、未建模動(dòng)態(tài)、風(fēng)浪流擾動(dòng)下的無人船，系統(tǒng)地介紹了無人船擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與抗干擾控制器的設(shè)計(jì)方法，為復(fù)雜海洋環(huán)境下無人船精確運(yùn)動(dòng)控制奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本書共8 章。

• 第1 章綜述了無人船擾動(dòng)估計(jì)與狀態(tài)觀測(cè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展。

• 第2 章給出了無人船的運(yùn)動(dòng)模型，并介紹了無人船擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器與抗干擾控制器設(shè)計(jì)分析所需的基礎(chǔ)知識(shí)。

• 第3 章提出了無人船非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。

• 第4 章提出了無人船事件觸發(fā)非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。

• 第5 章提出了無人船自適應(yīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。

• 第6 章提出了無人船數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。

• 第7 章提出了基于波浪濾波的無人船擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。

• 第8 章介紹了如何將上述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器用于無人船動(dòng)力學(xué)控制器設(shè)計(jì)中，給出了基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的無人船抗干擾控制器設(shè)計(jì)方法。

無人船運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)圖

基于觀測(cè)器的無人船運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由制導(dǎo)律、控制律、觀測(cè)器三個(gè)模塊組成。制導(dǎo)律的作用是根據(jù)控制目標(biāo)的不同，如路徑跟蹤、軌跡跟蹤、目標(biāo)跟蹤、編隊(duì)控制等目標(biāo)，設(shè)計(jì)出船舶的速度、角度或角速度的制導(dǎo)信號(hào)；控制律的作用是設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)控制器以跟蹤給定的制導(dǎo)信號(hào)；觀測(cè)器的作用是給控制律模塊提供精確的狀態(tài)與擾動(dòng)觀測(cè)信號(hào)。

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(fù)責(zé)撰寫第3 章和第4 章，彭周華負(fù)責(zé)撰 寫第2 章和第8 章，岳佳旺負(fù)責(zé)撰寫第5 章和第7 章，古楠負(fù)責(zé)撰寫第6 章，王浩亮負(fù)責(zé)撰寫1.2 節(jié)，王安青負(fù)責(zé)撰寫1.1 節(jié)、1.3 節(jié)。

作者簡(jiǎn)介

劉陸，大連海事大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。面向國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展需要，長(zhǎng)期致力于無人船制導(dǎo)與控制、多無人船集群協(xié)同控制的研究工作。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目B類、面上項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)，參與國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目8項(xiàng)。在海洋工程和控制領(lǐng)域重要期刊上發(fā)表SCI期刊論文82篇，出版無人船控制領(lǐng)域?qū)W術(shù)專著3部；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利75項(xiàng)。研究成果獲遼寧省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、中國(guó)海洋工程科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等省部級(jí)/協(xié)會(huì)科研獎(jiǎng)勵(lì)5項(xiàng)。獲全球前2%頂尖科學(xué)家，中國(guó)科協(xié)青年托舉人才，遼寧省興遼英才青年拔尖人才等榮譽(yù)。

彭周華，大連海事大學(xué)二級(jí)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)青年人才，大連海事大學(xué)船舶電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)，大連市智能船艇集群控制與電氣技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。長(zhǎng)期致力于智能船舶，智能海洋無人系統(tǒng)、船舶電氣系統(tǒng)控制及應(yīng)用技術(shù)研究。主持承擔(dān)科技部、基金委等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)。發(fā)表SCI論文181篇，出版學(xué)術(shù)專著4部，授權(quán)發(fā)明專利80項(xiàng)。以第一完成人獲遼寧省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，中國(guó)海洋工程科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，遼寧省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。獲全國(guó)交通運(yùn)輸系統(tǒng)先進(jìn)工作者，政府特殊津貼專家，遼寧省“興遼英才計(jì)劃”領(lǐng)軍人才，交通運(yùn)輸部中青年創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，全球前2%頂尖科學(xué)家等榮譽(yù)。

岳佳旺，浙江大學(xué)博士，研究方向包括自適應(yīng)抗干擾控制、無人船擾動(dòng)估計(jì)及新能源汽車無線充電系統(tǒng)等。圍繞復(fù)雜系統(tǒng)中的擾動(dòng)建模、觀測(cè)與抑制、先進(jìn)降噪算法以及新型控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐等關(guān)鍵問題開展了系統(tǒng)性研究，以第一作者在IEEE匯刊等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文12篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)，長(zhǎng)期擔(dān)任多種頂級(jí)期刊審稿人。研究成果獲省級(jí)優(yōu)秀學(xué)位論文、IEEE 國(guó)際會(huì)議最佳論文等獎(jiǎng)項(xiàng)，并多次榮獲博士研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。入選中國(guó)科協(xié)博士生青年人才托舉工程、浙江大學(xué)“求是新星”、浙江大學(xué)“爭(zhēng)創(chuàng)優(yōu)博”等榮譽(yù)計(jì)劃。

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

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

ISBN 978-7-03-079227-3

責(zé)任編輯: 姜 紅 孟宸羽

本書針對(duì)存在內(nèi)部模型不確定性、外部環(huán)境擾動(dòng)下的無人船，系統(tǒng)介紹其擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法，以及基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的抗干擾控制器應(yīng)用。本書的主要內(nèi)容包括：無人船狀態(tài)重構(gòu)與擾動(dòng)估計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、無人船擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、無人船非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、無人船事件觸發(fā)非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、無人船自適應(yīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、無人船數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、基于波浪濾波的無人船擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)、基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的無人船抗干擾控制器設(shè)計(jì)。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(tài) 重構(gòu)與擾動(dòng)估計(jì)、無人船抗干擾運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域的科研人員與工程技術(shù)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(dǎo)航制導(dǎo)與控制、電氣工程等相關(guān)專業(yè)研究生參考。

（本文編輯： 劉四旦 ）

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