使用高阶控制屏障函数与快速投影的船舶安全滑模控制
系统与控制
2026-01-01 v1 机器人学
系统与控制
动力系统
摘要
本文提出了一种新颖的安全控制框架，该框架集成了滑模控制 (SMC)、具有状态依赖自适应性的高阶控制屏障函数 (HOCBF) 以及一种轻量级投影，用于在强环境扰动（风、浪、流）下实现过驱动三自由度水面船舶的无碰撞导航。SMC 为船舶作业中常见的匹配扰动提供了鲁棒性，而 HOCBF 则强制障碍物规避约束的前向不变性。一种快速的半空间投影方法仅在必要时调整 SMC 控制，从而保持鲁棒性并最大限度地减少抖振。该方法在一个包含附加质量、水动力阻尼和全推力分配的非线性船舶平台模型上进行了评估。仿真结果表明，该方法具有鲁棒的导航能力、有保障的障碍物规避能力以及适用于实时嵌入式系统的计算效率。对于机载计算资源有限、执行速度和计算效率至关重要的小型海洋机器人和水面船舶，SMC-HOCBF 框架是安全关键控制的有力候选方案。
引用
@article{arxiv.2512.24281,
title = {Safe Sliding Mode Control for Marine Vessels Using High-Order Control Barrier Functions and Fast Projection},
author = {Spyridon Syntakas and Kostas Vlachos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.24281},
year = {2026}
}