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海洋是联通世界的纽带，也是全球经济增长的重要引擎。党的二十大报告指出要“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”。无人船作为一种颠覆海洋作业模式的高科技产物，是建设海洋强国、赋能智慧海洋的重要支撑。与有人船相比，无人 船具有自主性强、维护成本低、工作效率高、任务能力多样化等显著优势，在军事和民用领域展现出极其重要的应用价值。无人船广泛应用于情报搜集、监视侦察、港口警戒、精确打击、环境监测、水文采集、资源勘察、海上搜救等海洋作业任务场景，被认为是研究海洋、开发海洋、保护海洋、经略海洋的中坚力量。

国内外代表性无人船（艇）

运动控制是实现无人船自主航行的关键技术。然而，无人船运动模型存在大量的不确定性，包括模型参数不确定、未建模动态以及风浪流扰动。为了降低和消除不确定性对运动控制性能的影响，提高无人船在不确定性条件下的稳定性和鲁棒性，研究者提出了滑模控制、参数自适应控制、鲁棒控制、神经网络控制、模糊控制、抗干扰控制等方法。其中，状态与扰动估计是实现无人船高精度抗干扰运动控制的基础，是当前备受关注的热点问题之一。为解决上述科学问题，作者研究团队率先在国内开展无人船抗干扰运动控制研究，在海洋工程和智能控制领域期刊

Ocean Engineering

IEEE Transactions on Industrial

Electrionics

IEEE Transactions on Cybernetics

IEEE Transactions on Neural Networks and Learning

Systems

IEEE Transactions on Control

Systems Technology

无人船扰动估计与抗干扰控制

刘陆, 彭周华, 岳佳旺 等著

北京：科学出版社, 2025.11

ISBN 978-7-03-079227-3

本书针对存在模型参数不确定性、未建模动态、风浪流扰动下的无人船，系统地介绍了无人船扩张状态观测器与抗干扰控制器的设计方法，为复杂海洋环境下无人船精确运动控制奠定了坚实的理论和技术基础。本书共8 章。

• 第1 章综述了无人船扰动估计与状态观测的国内外研究现状及进展。

• 第2 章给出了无人船的运动模型，并介绍了无人船扩张状态观测器与抗干扰控制器设计分析所需的基础知识。

• 第3 章提出了无人船非线性扩张状态观测器设计方法。

• 第4 章提出了无人船事件触发非线性扩张状态观测器设计方法。

• 第5 章提出了无人船自适应扩张状态观测器设计方法。

• 第6 章提出了无人船数据驱动自适应扩张状态观测器设计方法。

• 第7 章提出了基于波浪滤波的无人船扩张状态观测器设计方法。

• 第8 章介绍了如何将上述扩张状态观测器用于无人船动力学控制器设计中，给出了基于扩张状态观测器的无人船抗干扰控制器设计方法。

无人船运动控制器结构图

基于观测器的无人船运动控制器结构如图所示，主要由制导律、控制律、观测器三个模块组成。制导律的作用是根据控制目标的不同，如路径跟踪、轨迹跟踪、目标跟踪、编队控制等目标，设计出船舶的速度、角度或角速度的制导信号；控制律的作用是设计动力学控制器以跟踪给定的制导信号；观测器的作用是给控制律模块提供精确的状态与扰动观测信号。

全书由刘陆、彭周华、岳佳旺、古楠、王浩亮、王安青共同完成，其中，刘陆负责撰写第3 章和第4 章，彭周华负责撰 写第2 章和第8 章，岳佳旺负责撰写第5 章和第7 章，古楠负责撰写第6 章，王浩亮负责撰写1.2 节，王安青负责撰写1.1 节、1.3 节。

作者简介

刘陆，大连海事大学教授，博士生导师。面向国家海洋强国战略发展需要，长期致力于无人船制导与控制、多无人船集群协同控制的研究工作。主持国家自然科学基金青年基金项目B类、面上项目等国家级项目4项，参与国家自然科学基金重点项目等国家级项目8项。在海洋工程和控制领域重要期刊上发表SCI期刊论文82篇，出版无人船控制领域学术专著3部；授权国家发明专利75项。研究成果获辽宁省自然科学一等奖、中国海洋工程科学技术一等奖等省部级/协会科研奖励5项。获全球前2%顶尖科学家，中国科协青年托举人才，辽宁省兴辽英才青年拔尖人才等荣誉。

彭周华，大连海事大学二级教授，博士生导师，国家级青年人才，大连海事大学船舶电气工程学院院长，大连市智能船艇集群控制与电气技术重点实验室主任。长期致力于智能船舶，智能海洋无人系统、船舶电气系统控制及应用技术研究。主持承担科技部、基金委等国家级项目10余项。发表SCI论文181篇，出版学术专著4部，授权发明专利80项。以第一完成人获辽宁省自然科学一等奖，教育部自然科学二等奖，中国海洋工程科学技术一等奖，辽宁省自然科学二等奖。获全国交通运输系统先进工作者，政府特殊津贴专家，辽宁省“兴辽英才计划”领军人才，交通运输部中青年创新领军人才，全球前2%顶尖科学家等荣誉。

岳佳旺，浙江大学博士，研究方向包括自适应抗干扰控制、无人船扰动估计及新能源汽车无线充电系统等。围绕复杂系统中的扰动建模、观测与抑制、先进降噪算法以及新型控制结构的设计与工程实践等关键问题开展了系统性研究，以第一作者在IEEE汇刊等国际顶级期刊发表论文12篇，授权国家发明专利10项，长期担任多种顶级期刊审稿人。研究成果获省级优秀学位论文、IEEE 国际会议最佳论文等奖项，并多次荣获博士研究生国家奖学金。入选中国科协博士生青年人才托举工程、浙江大学“求是新星”、浙江大学“争创优博”等荣誉计划。

本书相关研究工作得到了科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目（2022ZD0119902）、国家自然科学基金面上项目和青年科学基金项目（52471372、52271304、52501374、62203081）、辽宁省兴辽英才计划项目（XLYC2402054、XLYC2403051）、辽宁省自然科学基金计划项目（2024-MS-009、2024-BS-012）、大连市科技创新基金重大基础研究项目（2023JJ11CG008）的资助。

本文摘编自《无人船扰动估计与抗干扰控制》（刘陆, 彭周华, 岳佳旺 等著. 北京：科学出版社, 2025.11）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-079227-3

责任编辑: 姜 红 孟宸羽

本书针对存在内部模型不确定性、外部环境扰动下的无人船，系统介绍其扩张状态观测器设计方法，以及基于扩张状态观测器的抗干扰控制器应用。本书的主要内容包括：无人船状态重构与扰动估计的国内外研究现状、无人船扩张状态观测器设计的基础知识、无人船非线性扩张状态观测器设计、无人船事件触发非线性扩张状态观测器设计、无人船自适应扩张状态观测器设计、无人船数据驱动自适应扩张状态观测器设计、基于波浪滤波的无人船扩张状态观测器设计、基于扩张状态观测器的无人船抗干扰控制器设计。本书附有电子彩图，读者可扫封底二维码阅读彩图。

本书可作为无人船状态 重构与扰动估计、无人船抗干扰运动控制等领域的科研人员与工程技术人员的参考书，也可供高等院校船舶与海洋工程、控制理论与控制工程、导航制导与控制、电气工程等相关专业研究生参考。

（本文编辑： 刘四旦 ）

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