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无人水面艇(简称无人艇)作为一种海上智能运动平台，近年来在民用、军用和海岸建设等领域发挥着重要的作用。编队运动控制是多无人艇系统协作的一个典型问题，是实现无人艇水面协同作业的关键技术之一。编队控制系统的稳态和暂态性能是控制器设计中需要考虑的重要指标。预设性能控制(prescribed performance control, PPC)是保证控制系统稳态和暂态性能的一种有效的方法。PPC技术是指设计一个控制器使得闭环控制系统的编队误差收敛到一个预先设定的允许范围内，并且保证误差的收敛速度比预设的速度更快，超调量比预设的值更小，即要求暂态和稳态性能同时得到满足，以提高控制系统的性能为目标。因此研究多无人水面艇编队系统的预设性能控制具有重要的实际价值和理论意义。
本论文主要基于图论法、Lyapunov稳定性理论、对数障碍Lyapunov函数(logarithmic barrier Lyapunovfunction, LBLF)、backstepping设计方法、动态面控制(dynamicsurface control,DSC)技术等工具，研究多个不确定无人艇编队系统的预设性能控制问题。主要研究内容包括如下：
(1)第二章针对一类具有参数不确定的多无人艇系统，研究无向通信拓扑图下多无人艇编队系统的自适应预设性能控制设计问题。首先采用误差转换技术将误差取值范围受限的问题转换为保证转换后的误差有界性问题。其次，基于DSC技术避免了虚拟控制器反复求导的问题，从而避免了控制器中包含邻居无人艇的加速度信息。然后，应用参数自适应控制技术，在线估计模型中的未知常参数以及外部扰动的上界，并设计相应的自适应参数更新率。接着，结合Lyapunov综合设计法和backstepping设计方法构造出相应的分布式自适应编队控制器。最后，应用Lyapunov稳定性理论证明闭环编队误差系统稳定，且编队误差满足预先设定的暂态性能。数值仿真结果验证了文中所提出的编队控制设计方法的可行性。
(2)第三章针对相邻无人艇的通讯连接保持与碰撞避免问题，研究多无人艇系统的预设性能编队控制问题。首先建立每对相邻无人艇间的距离误差方程、相对航向角误差方程以及方位角误差方程，并将碰撞避免和通信受限的约束描述成对误差的约束问题。其次，针对不确定无人艇动力学模型，将不确定项划分为了参数化和非参数化两部分。利用参数自适应控制技术来估计系统动力学模型中的未知参数化部分和外部未知扰动的上界；应用自适应神经网络控制技术来逼近系统动力学模型中的非参数化不确定动态。最后，基于LBLF、Lyapunov稳定性理论和backstepping设计方法设计自适应神经网络编队控制器，使得相邻无人艇避免碰撞，维持初始时的通信连接状态，且编队误差满足预先指定的暂态性能。通过对无人艇编队控制系统开展数值模拟仿真实验研究，验证了所设计的编队控制器能确保相邻无人艇的相对距离和角度在整个编队运动过程中始终处在一个预先指定的范围内，且编队误差满足预设的稳态和暂态性能。
本论文主要基于图论法、Lyapunov稳定性理论、对数障碍Lyapunov函数(logarithmic barrier Lyapunovfunction, LBLF)、backstepping设计方法、动态面控制(dynamicsurface control,DSC)技术等工具，研究多个不确定无人艇编队系统的预设性能控制问题。主要研究内容包括如下：
(1)第二章针对一类具有参数不确定的多无人艇系统，研究无向通信拓扑图下多无人艇编队系统的自适应预设性能控制设计问题。首先采用误差转换技术将误差取值范围受限的问题转换为保证转换后的误差有界性问题。其次，基于DSC技术避免了虚拟控制器反复求导的问题，从而避免了控制器中包含邻居无人艇的加速度信息。然后，应用参数自适应控制技术，在线估计模型中的未知常参数以及外部扰动的上界，并设计相应的自适应参数更新率。接着，结合Lyapunov综合设计法和backstepping设计方法构造出相应的分布式自适应编队控制器。最后，应用Lyapunov稳定性理论证明闭环编队误差系统稳定，且编队误差满足预先设定的暂态性能。数值仿真结果验证了文中所提出的编队控制设计方法的可行性。
(2)第三章针对相邻无人艇的通讯连接保持与碰撞避免问题，研究多无人艇系统的预设性能编队控制问题。首先建立每对相邻无人艇间的距离误差方程、相对航向角误差方程以及方位角误差方程，并将碰撞避免和通信受限的约束描述成对误差的约束问题。其次，针对不确定无人艇动力学模型，将不确定项划分为了参数化和非参数化两部分。利用参数自适应控制技术来估计系统动力学模型中的未知参数化部分和外部未知扰动的上界；应用自适应神经网络控制技术来逼近系统动力学模型中的非参数化不确定动态。最后，基于LBLF、Lyapunov稳定性理论和backstepping设计方法设计自适应神经网络编队控制器，使得相邻无人艇避免碰撞，维持初始时的通信连接状态，且编队误差满足预先指定的暂态性能。通过对无人艇编队控制系统开展数值模拟仿真实验研究，验证了所设计的编队控制器能确保相邻无人艇的相对距离和角度在整个编队运动过程中始终处在一个预先指定的范围内，且编队误差满足预设的稳态和暂态性能。