基于MPC的半潜式无人艇导航轨迹跟踪控制研究

发布时间：2021-07-01 11:59

　　针对新型半潜式无人艇在导航航行过程中轨迹跟踪误差较大的问题,提出基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制方法.并建立新型半潜式无人艇的运动模型,基于实际参数,构建MPC目标函数和系统约束条件,将半潜式无人艇轨迹跟踪问题转化为最优值问题;利用仿真软件,对控制算法进行了仿真分析.利用卫星定位设备进行了导航轨迹跟踪试验.仿真与试验结果表明:基于MPC的轨迹跟踪控制方法提高了半潜式无人艇的导航轨迹跟踪精度,跟踪精度比原有PID控制方法提高了50%左右. 

【文章来源】：全球定位系统. 2020,45(03)CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

半潜式无人艇运动模型

在半潜式无人艇进行导航轨迹跟踪的过程中,首先根据半潜式无人艇的初始状态(位置,航向角,速度),结合半潜式无人艇的预测模型得出系统的预测输出;然后将预测输出和参考轨迹的误差值和系统约束参数结合目标函数,求解出控制量;最后将控制量和外界干扰量共同作用到半潜式无人艇并保持一个控制周期,并将半潜式无人艇新的运动状态输入至预测模型中,完成一个周期内的控制过程,基于MPC的半潜式无人艇导航轨迹跟踪控制原理如图2所示.为了使上述过程便于实施,首先对半潜式无人艇的状态空间方程进行线性化和离散化,得到新的离散化状态空间方程;然后结合新的离散化状态空间方程、目标函数和系统约束,可将半潜式无人艇导航轨迹跟踪问题转化为最优值问题进行求解.2.1 状态方程线性化

在仿真过程中真实轨迹点(xs,ys)与参考轨迹点(xR,yR)之间的轨迹跟踪误差 d s = (x s -x R ) 2 +(y s -y R ) 2 ,仿真过程流程如图3所示.3.2 仿真结果及分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进模糊算法的水面无人艇自主避障[J]. 林政,吕霞付.  计算机应用. 2019(09)
[2]基于模型预测控制的潜艇水平面航迹控制算法[J]. 张子昌,林莉,徐雪峰,赵光.  中国舰船研究. 2019(03)
[3]国内外无人艇发展现状及典型作战应用研究[J]. 王石,张建强,杨舒卉,张博伦.  火力与指挥控制. 2019(02)
[4]一种半潜式无人艇的设计[J]. 赵涛,何龙,李卫,高浩,胡庆松,张丽珍.  上海海洋大学学报. 2019(02)
[5]无人艇操纵系统模糊建模[J]. 井辉.  舰船科学技术. 2018(20)
[6]基于MPC的无人船运动控制及可视化仿真系统实现[J]. 吴青,王乐,柳晨光,初秀民.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(02)
[7]欠驱动水面船舶的轨迹跟踪模型预测控制器[J]. 柳晨光,初秀民,王乐,谢朔,吴青.  上海交通大学学报. 2015(12)
[8]基于解析模型预测控制的欠驱动船舶路径跟踪控制器设计[J]. 王晓飞,张葆华,褚德英,张靖伦.  船海工程. 2012(01)
[9]基于模糊神经网络的船舶自动驾驶仪的研究[J]. 吴燕翔,李权任,甘世红,刘雨青.  船舶工程. 2009(04)

博士论文
[1]基于预测控制的无人船运动控制方法研究[D]. 柳晨光.武汉理工大学 2017

硕士论文
[1]基于广义预测控制的无人艇航迹跟踪研究[D]. 刘恒志.河南大学 2018
[2]AUV动力学模型研究及在组合导航中的应用[D]. 王阳阳.东南大学 2016
[3]喷水推进无人艇六自由度运动建模与仿真研究[D]. 岳晋.大连海事大学 2016
[4]基于预测控制的水面无人艇航迹跟踪方法研究[D]. 黎为.哈尔滨工程大学 2016



本文编号：3259095