摘要
固定翼无人机在复杂动态环境中常面临未知干扰与执行机构输入饱和的双重挑战。本文提出一种基于指数预定义时间控制（EPTC）的时空轨迹跟踪方案。通过引入指数补偿项优化收敛特性，结合固定时间干扰观测器（fTDO）实现复合干扰的快速精准估计，并利用高斯误差函数线性化处理非线性输入饱和约束。
1 引言
固定翼无人机因续航能力强、飞行速度快等优势，在环境监测、物流运输等领域展现出重要应用价值。然而，实际飞行中无人机常面临两类挑战：外部干扰不确定性及执行机构物理限制。传统控制方法如 PID 依赖线性化模型，对非线性干扰适应性不足；滑模控制虽具强鲁棒性，但高频抖振问题影响飞行品质。预定义时间控制理论上可实现与初始状态无关的固定时间收敛，但传统方案在接近预设时间时控制幅度易急剧增长，导致执行机构饱和甚至硬件损坏。
针对上述问题，本文提出一种集成指数补偿、干扰观测与输入饱和处理的 EPTC 控制框架。主要创新点包括设计指数预定义时间控制器抑制末端收敛时的幅度激增，构建固定时间干扰观测器实现风扰、模型不确定性等复合干扰的快速精准估计，以及提出基于高斯误差函数的输入饱和线性化方法。
2 问题描述与模型建立
2.1 固定翼无人机动力学模型
考虑三维空间中固定翼无人机的六自由度运动，其非线性动力学模型可表示为：
2.2 轨迹跟踪控制问题
3 控制方法设计
3.1 指数预定义时间控制器设计
3.2 固定时间干扰观测器设计
3.3 输入饱和线性化处理
4 稳定性分析
