基于模型预测控制方法的船舶路径跟踪控制

发布时间：2025-01-15 09:06

　　针对欠驱动船舶路径跟踪中所存在的外界环境干扰及舵机受约束等问题,将径向基函数神经网络(radial basis function,RBF)与模型预测控制(model predictive control,MPC)相结合,进而达到既能使船在外界干扰下准确地跟踪上参考路径,又能保证所设计出的控制舵角在舵机约束范围之内。本文主要创新点如下:1.结合MPC能在控制输入具有约束条件下求次优解的优点,以解决控制输入舵角饱和的问题。2.以具有高耦合性和非线性的船舶分离型模型(mathematical model group,MMG)作为MPC预测模型,更符合船舶航行的实际情况,以提高预测模型精度。并引入了欧拉迭代法以离散和预测船舶未来状态,进而简化对MMG模型的预测和MPC的运算。3.利用RBF神经网络的训练逼近特点,通过对船舶历史信息的训练实现对外界风流干扰的逼近,以补偿MPC控制器,提高控制器对外界环境干扰的鲁棒性。最终仿真实验结果表明,所设计的MPC控制器可以使船舶在风流干扰和舵角约束的情况下准确地跟踪上设定的路径,并且所设计的控制舵角光滑无抖振,减小了舵机能量损耗,这些验证了所提控制算法的有效...

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１船舶在平面的位置与运动参数??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｈｉｐ＇ｓ?ｐｌａｎｉｍｅｔｒｉｃ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ?，??

?基于模型预测控制方法的船舶路径跟踪控制???本文主要研究的是水面船舶在平面上的运动，船舶在平面上的运动过程中垂荡与纵??摇还有横摇这三种行为的干扰是非常小的，所以可以把垂荡与纵摇以及横摇这三种行为??忽略，仅仅需要对纵荡运动，横荡运动以及艏摇运动这三类运动进行讨论即可，这样一?....

图２．２船舶所受外力及力矩??Ｆｉｇ．?２．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｆｏｒｃｅ?ａｎｄ?ｍｏｍｅｎｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｈｉｐ??

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???２．１．２建立船舶的运动模型??分离型模型（ＭＭＧ）是基于深层次的理论分析结合大量的试验进行研究的，其将??作用于船舶上的流体动力和力矩分解为作用于船体、螺旋桨和舵上的流体动力和力矩，??并考虑各流体动力和力矩之间的相互影响［３４］。??船....

图３．６无干扰的曲线路径跟踪??Ｆｉｇ．?３．６?Ｃｕｒｖｅ?ｐａｔｈ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ??

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图４．３无干扰的直线路径跟踪??Ｆｉｇ．?４．３?Ｓｔｒａｉｇｈｔ?ｐａｔｈ?ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｗｉｎｄ／ｃｉｉｒｒｅｎｔ?ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ??

?基于模型预测控制方法的船舶路径跟踪控制???ＭＡＴＬＡＢ中利用编程求优化解，在仿真过程中只考虑船舶纵向的路径跟踪控制。如下??图４．２所示：??ｗ?ｒ?????Ｊ?????ｙ?ｉ?一阶滑?／?￣ｍｐｃ＂＂＂?Ｓ?船舶??＾模控制￣＾控制器模型??图４．２?—阶滑模与模型预测控制....

本文编号：4027181