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経路追従arXiv:2512.20748

水中グライダーの経路追従のための規定性能を伴う固定時間制御

Fixed-time control with prescribed performance for path following of underwater gliders

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水中グライダーの3次元経路追従において、初期条件に依存せず固定時間で誤差を収束させる規定性能制御と外乱オブザーバを提案し、シミュレーションで有効性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- Underwater glider の 3D path following のための制御手法の提案 - model uncertainties と environmental disturbances を考慮 - fixed-time prescribed performance control scheme を提示 - 主な要素 - finite-time performance function を fixed-time control framework に統合 - fixed-time sliding mode disturbance observer を開発 - iLOS guidance law と統合 - 目的 - 強流・乱流下での航行安全を確保し、精密かつ安全な waypoint following を実現すること

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の sliding mode controller や prescribed performance controller との比較で優位性を示す - tracking accuracy、convergence speed、control effort smoothness の点で改善 - 新規性 - finite-time performance function を fixed-time control framework に統合した点 - fixed-time sliding mode disturbance observer を開発した点 - 効果 - 初期条件に依存せず、tracking errors を prescribed performance bounds 内に制約しつつ固定時間で compact set に収束させることを狙う

3. 技術・手法の肝は?

- fixed-time prescribed performance control の枠組み - finite-time performance function を組み込み、tracking errors を prescribed performance bounds 内に制約 - 初期条件に依存しない固定時間収束を目指す - fixed-time sliding mode disturbance observer - lumped disturbances を有限時間で正確に推定し、robustness を向上 - iLOS guidance law との統合 - 精密かつ安全な waypoint following を可能にする - 対象 - model uncertainties と environmental disturbances を伴う underwater glider の 3D path following

4. どうやって有効だと検証した?

- Numerical simulations により検証 - 比較対象 - conventional sliding mode controller - prescribed performance controller - 評価項目 - tracking accuracy - convergence speed - control effort smoothness - 結果 - 提案手法がこれらの点で優れることを示し、robust underwater navigation への有効性を確認

5. 議論はある?

- 要旨からは不明 - 実機実験や海上試験の有無は記述されていない - 計算負荷や実装上の制約に関する議論は明示されていない - 想定される論点(要旨の範囲内) - model uncertainties と environmental disturbances 下での robustness - 初期条件に依存しない固定時間収束の実用性

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で比較対象として挙げられている conventional sliding mode controller および prescribed performance controller の関連研究 - iLOS guidance law に関する文献 - fixed-time control および finite-time performance function に関する研究 - sliding mode disturbance observer に関する研究 - underwater glider の path following に関する研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Hanzhi Yang, Nina Mahmoudian

分類: eess.SY, cs.RO, cs.SY, math.OC

原文アブストラクト

Underwater gliders are increasingly deployed in challenging missions - such as hurricane-season observations and long-endurance environmental monitoring - where strong currents and turbulence pose significant risks to navigation safety. To address these practical challenges, this paper presents a fixed-time prescribed performance control scheme for the 3D path following of underwater gliders subject to model uncertainties and environmental disturbances. The primary contribution is the integration of a finite-time performance function within a fixed-time control framework. This synthesis ensures that the tracking errors are constrained within prescribed performance bounds and converge to a compact set within a fixed time, independent of initial conditions. A second key contribution is the development of a fixed-time sliding mode disturbance observer that provides accurate finite-time estimation of lumped disturbances, enhancing the system's robustness. Integrated with an iLOS guidance law, the proposed controller enables precise and safe waypoint following. Numerical simulations demonstrate that the proposed method outperforms conventional sliding mode and prescribed performance controllers in tracking accuracy, convergence speed, and control effort smoothness, validating its efficacy for robust underwater navigation.

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