看完無人機，再來圍觀無人艇！

21世紀是海洋的世紀，海洋蘊藏著豐富的生物資源、油氣資源、礦物資源，是人類生存和可持續發展的戰略空間和資源要地。無人艇作為一種小型化、多用途、智能化並以遙控或自主方式航行的無人海洋運載平台，是一個國家海洋科技實力的重要體現。由於海洋環境日益複雜、作業任務日益多樣、單體作業能力受限，多無人艇協同已成為無人艇應用的重要發展趨勢。

通過多無人艇協同實現集群控制，不僅可以顯著地減輕操作人員的負擔，還將使海洋作業變得更加持續、更具規模、更加智能。在軍事領域，多無人艇協同已經展現了極為重要的應用價值，相關應用包括協同掃雷、協同護航、協同態勢感知、「蜂群」跟蹤與包圍敵方艦船等多種作戰任務。在民用領域，多無人艇協同能夠極大地延伸海洋作業範圍，顯著地提高海洋作業效率，完成單一無人艇不能有效完成或無法完成的複雜任務。

協同路徑跟蹤是實現多無人艇協同控制的有效方法之一，研究人員在多無人艇協同路徑跟蹤控制問題上已取得很多研究結果。大多數研究結果都是針對多無人艇跟蹤多參數化路徑的情形，其控制思想是採用路徑參數同步的方法得到橫隊編隊隊形。隨後，研究人員提出一種路徑參數包含控制方法，實現了多無人艇在單一曲線上的協同路徑跟蹤，得到單列編隊隊形。然而，這些研究結果都是針對開曲線上的編隊控制問題。在很多實際應用場合中，海洋學家更傾向於閉曲線跟蹤，因為閉曲線上的海洋信息採集更有利於數據分析且不受複雜海流的影響。值得一提的是，現有文獻鮮有關注多無人艇閉曲線上的協同路徑跟蹤控制。

大連海事大學博士生劉陸、王丹教授、彭周華副教授、與加拿大多倫多大學Hugh H.T. LIU教授在SCIENCE CHINA Information Sciences 2017年第7期專題：「Special Focus on Formation Control of Unmanned Systems」中合作發表論文：「Saturated coordinated control of multiple underactuated unmanned surface vehicles over a closed curve」 ，研究了多無人艇閉曲線上的協同路徑跟蹤控制問題。

圖1. 實驗驗證所提協同路徑跟蹤方法的有效性

該論文針對多無人艇閉曲線上的協同路徑跟蹤問題，考慮每艘無人艇受到未知側滑、不確定動力學模型、輸入受限問題的影響，提出一種輸入有界的協同路徑跟蹤控制方法，使得多無人艇在閉曲線上實現均勻分散的隊形。協同控制器的設計結合了路徑參數循環跟蹤方法、視距導航律、降階擴張狀態觀測器、神經網路與動態面控制方法。

圖 2. 對稱編隊隊形

提出一種路徑參數循環跟蹤方法，能夠使得多人艇均勻地分散在閉曲線上，並實現對稱的編隊隊形；

通訊量最小化，每艘無人艇只需接收它前面一艘無人艇的信息；

所提協同控制器的輸入是有界的且界值已知。

Special Focus on Formation Control of Unmanned Systems

A survey on recent progress in control of swarm systems

Bing ZHU, Lihua XIE, Duo HAN, Xiangyu MENG & Rodney TEO

Sci China Inf Sci, 2017, 60(7): 070201

Formation control with disturbance rejection for a class of Lipschitz nonlinear systems

Chunyan WANG, Zongyu ZUO, Qinghai GONG & Zhengtao DING

Sci China Inf Sci, 2017, 60(7): 070202

Saturated coordinated control of multiple underactuated unmanned surface vehicles over a closed curve

Lu LIU, Dan WANG, Zhouhua PENG & Hugh H.T. LIU

Sci China Inf Sci, 2017, 60(7): 070203

Fault-tolerant cooperative control for multiple UAVs based on sliding mode techniques

Peng LI, Xiang YU, Xiaoyan PENG, Zhiqiang ZHENG & Youmin ZHANG

Sci China Inf Sci, 2017, 60(7): 070204

Leader-follower formation of vehicles with velocity constraints and local coordinate frames

Xiao YU & Lu LIU