1.一种欠驱动水面船有限时间路径跟踪输出反馈控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，采用GPS或电罗经获取欠驱动水面船的位置和姿态信息；

步骤2，建立大地坐标系NONE和船体运动坐标系XOBY，分别在大地坐标系和船体运动坐标系中对欠驱动水面船建立三自由度运动数学模型，在期望路径上任取一点，沿此点分别作期望路径的切线和垂线，建立Serret‑Frenet坐标系XSFOSFYSF，结合LOS导引方法，建立Serret‑Frenet坐标系下的路径跟踪误差方程，通过对路径跟踪误差方程求导，获取路径跟踪误差动态方程；

步骤3，根据步骤1中获取的欠驱动水面船的位置和姿态信息，对欠驱动水面船三自由度运动数学模型进行形式变换，设计有限时间扩张状态观测器，观测欠驱动水面船的速度信息和所受外界环境干扰信息；

步骤4，基于步骤2中建立的跟踪误差动态方程，结合欠驱动水面船速度和角速度的观测值，利用有限时间LOS导引律，获取期望艏向角；

步骤5，利用反步法设计基于有限时间扩张状态观测器的输出反馈控制器，包括有限时间航向跟踪输出反馈控制器和有限时间速度跟踪输出反馈控制器；

步骤6，设计有限时间非线性跟踪微分器，利用有限时间非线性跟踪微分器计算虚拟控制律的微分项，避免有限时间输出反馈控制律的计算复杂性；

所述步骤2具体包括以下子步骤：步骤2.1：建立大地坐标系NONE和船体运动坐标系XOBY，分别在大地坐标系和船体运动坐标系中建立欠驱动水面船三自由度运动数学模型，如下所示：T

式中，η＝[x,y,ψ]表示船舶的位置，x是船舶的北向位置，y是船舶的东向位置，ψ是船舶T

的艏向角；υ＝[u,v,r]表示船舶的速度，u是船舶的纵向速度，v是船舶的横向速度，r是船舶的艏向角速度；M＝diag{m11,m22,m33}表示系统惯性矩阵，C(υ)表示科里奥利向心力，D(υ)T

表示船舶水动力阻尼系数矩阵；τ＝[τu,0,τr] 表示船舶的驱动力，τu表示纵向推力，τr表示转艏力矩；τw表示外界环境干扰；

步骤2.2：建立Serret‑Frenet坐标系，并将Serret‑Frenet坐标标架引入船体运动坐标系中，在期望路径上任取一点作为Serret‑Frenet坐标标架的原点，沿此点分别作期望路径的切线和垂线，建立Serret‑Frenet坐标系XSFOSFYSF；

步骤2.3：结合LOS导引方法，建立Serret‑Frenet坐标标架下的跟踪误差方程，如下所示：

式中，xe表示纵向跟踪误差，ye表示横向跟踪误差，ψe表示艏向角跟踪误差，ψF表示路径切向角，ψd表示期望艏向角；

通过对跟踪误差方程中的时间进行求导，得到跟踪误差动态方程，如下所示：式中，θ表示路径参数；

所述步骤3具体包括如下子步骤：步骤3.1：根据步骤1中获取的欠驱动水面船的位置和姿态信息，在欠驱动水面船三自由度运动数学模型中令 则欠驱动水面船三自由度运动数学模型变形为：‑1 T

式中， σ1表示未知合成干扰，σ1＝R(ψ)M (f+τw)+SR(ψ)υ，f＝[fu,fv,fr]表示系统不确定函数；

步骤3.2：根据变换后的欠驱动水面船三自由度运动数学模型，设计有限时间扩张状态观测器，如下所示：

式中， 表示船舶位置η的估计值， 表示变量 的估计值，表示合成干扰σ1的估计值；

分别表示有限时间扩张状态观测器的观测误差；ki＞0(i＝1,2,

3)，χi＞0(i＝1,2,3)表示有限时间扩张状态观测器的设计参数；2/3＜α1＜1，α2＝2α1‑1，α3＝3α1‑2， sgn(·)表示符号函数；

步骤3.3：利用步骤3.2设计的有限时间扩张状态观测器，观测欠驱动水面船的速度信息和所受外界环境干扰信息，构建Lyapunov函数Vof，如下所示：T

Vof＝ZPZ           (6)其中，

根据齐次度理论和有限时间理论，确定观测误差能够在有限时间内收敛至零，欠驱动水面船速度的估计值能够快速收敛至真实值；

所述步骤4具体包括以下子步骤：步骤4.1：基于步骤2中建立的跟踪误差动态方程，代入欠驱动水面船速度和角速度的观测值，确定跟踪误差动态方程为：式中， 表示船舶的合速度，表示船舶纵向速度估计值，表示船舶横向速度估计值，其为矢量 的分量，表示船舶艏向角速度的估计值， 表示侧滑角，

步骤4.2：构建Lyapunov函数Vg，如下所示：步骤4.3：通过使Lyapunov函数Vg稳定，获得基于速度观测值的LOS导引律，其路径参数更新律 和期望艏向角ψd分别如下所示：所述步骤5中输出反馈控制器的设计过程为：基于步骤3中速度观测值的艏向跟踪误差和速度跟踪误差，获得虚拟控制律，构建Lyapunov函数Vc，如下所示：使Lyapunov函数Vc趋于稳定，求解有限时间航向跟踪输出反馈控制器和有限时间速度跟踪输出反馈控制器，公式如下所示：式中，τr表示有限时间航向跟踪输出反馈控制器，τu表示有限时间速度跟踪输出反馈控制器。

2.如权利要求1所述的一种欠驱动水面船有限时间路径跟踪输出反馈控制方法，其特征在于，所述步骤6中设计有限时间非线性跟踪微分器为：χ χ

式中，[b]＝sign(b)|b| ， a1、a2表示正定常数， 表示有限时间非线性跟踪微分器的状态，分别对应步骤5中有限时间航向跟踪输出反馈控制器τr中的虚拟控制律αr和其导数 的估计值。