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龙图腾网获悉广东工业大学申请的专利基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121143349B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-08发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511461404.5，技术领域涉及：G05D1/43；该发明授权基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法是由刘畅;游章胜;陈仲铭;饶红霞;彭慧;鲁仁全;徐雍;李军毅设计研发完成，并于2025-10-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法，属于无人艇自主导航和路径技术领域。本发明包括加载参考路径并初始化参数；在每个控制周期内计算横向误差和路径曲率，路径曲率采用多级计算与平滑方法；基于横向误差和曲率通过自适应预瞄距离计算方法确定预瞄点；利用改进型状态扰动观测器SDO估计扰动，观测器带宽通过双因素驱动的自适应机制调整；结合偏差和扰动通过控制律计算控制量；更新艇体状态直至完成路径跟踪。本发明能动态调整预瞄距离和观测器带宽，有效估计和补偿扰动，提高了无人艇在大曲率路径跟踪中的精度和鲁棒性，在大曲率路径与直线段等场景切换时均能保证系统状态观测的准确性和控制性能的稳定性。

本发明授权基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法在权利要求书中公布了：1.基于曲率自适应与改进型扰动观测的无人艇大曲率路径跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、水面无人艇三自由度动力学模型以描述艇体在全局坐标系下的位置和姿态变化； S2、加载预定义的参考路径，初始化控制参数和状态变量； S3、在每个控制周期内，计算无人艇当前位置的横向误差和路径曲率； S4、基于步骤S3得到的横向误差和路径曲率，采用自适应预瞄距离计算方法确定预瞄距离，并根据预瞄距离选取预瞄点，计算期望航向角； S5、通过改进型的状态扰动观测器SDO估计系统总扰动，其中SDO采用基于曲率-误差双因素驱动的观测器带宽自适应机制动态调整带宽； S6、结合期望航向角、当前航向角以及步骤S5估计的扰动，通过PID控制与扰动补偿相结合的控制律计算控制量，驱动无人艇航行； S7、更新无人艇的状态变量，重复步骤S3-S6，直至完成路径跟踪； 步骤S5中，利用所述的改进型的状态扰动观测器SDO估计系统总扰动，具体包括如下步骤： S511、接收横向误差作为输入；并引入误差饱和平滑处理，即： ；21 ；22 式中，是饱和阈值，根据实际应用场景设定的参数；和为平滑调节系数，用于调整平滑曲线的形态；表示经过饱和处理后的横向误差；表示对饱和误差进行非线性平滑处理后的横向误差； S512、采用基于曲率-误差双因素驱动的观测器带宽自适应机制动态调整带宽；得到最终的带宽为： ；28 式中，为限制后的带宽；和分别为预设的最小和最大观测器带宽； S513、基于系统横向误差，设计三阶状态扰动观测器为： ；29 式中，为观测器状态变量，对应系统横向误差的估计，为对横向误差变化率的估计；为对系统总和扰动的估计值；、、为观测器状态变量，为的一阶导数；、、为观测器参数；是经动态调整后的最终带宽； S514、采用四阶龙格库塔法更新观测器状态，即： ；30 ；31 ；32 ；33 ；34 ；35 ；36 ；37 式中，；为对应的状态方程，为采样时间；、、、分别表示在时间步长起点、中点和终点处的状态变化率估计；、、分别为用于计算不同斜率的临时状态变量值； S515、引入多重状态限制机制防止状态突变和发散，即： ，；38 ；39 式中，表示状态最大值限制；表示最大状态变化率；表示上一时刻的状态值； S516、对扰动估计值进行自适应低通滤波处理，根据扰动变化幅度动态调整滤波系数，最终输出高精度、低噪声的系统总扰动；即： ；40 ；41 式中，自适应滤波系数；为可调参数；为总和扰动估计值；为上一时刻的滤波后扰动估计值；为SDO估计并经过自适应滤波平滑后的系统总扰动； 步骤S512中，采用基于曲率-误差双因素驱动的观测器带宽自适应机制动态调整带宽；具体包括如下步骤： S5121、使用双曲正切函数计算误差因子，即： ；23 式中，为双曲正切函数； S5122、使用指数函数计算曲率因子，即： ；24 S5123、引入非线性项计算基础带宽，通过引入非线性项提高大曲率和大误差时的带宽增益，即： ；25 其中，为观测器带宽基准值，为带宽自适应系数；为曲率-误差耦合项的权重系数； S5124、引入带宽变化率限制防止带宽突变，根据上一控制周期的带宽和最大允许变化率，计算当前周期允许的带宽范围，通过将期望带宽限制在允许的范围内，得到限制后的带宽，即： ；26 ；27 式中，为最大允许带宽变化值；表示观测器带宽的最大允许变化率；为上一时刻的观测器带宽；为限制后的带宽；表示将x限制在区间内； 最后，为带宽施加一个绝对的上下限，以确保其始终在稳定区间内，得到最终使用的带宽： ；28 式中，为限制后的带宽；和分别为预设的最小和最大观测器带宽。

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