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基于神经动态优化与模型预测控制的欠驱动船舶精确路径跟踪
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作者 史峻侨 刘程 +3 位作者 郭玮丽 孙婷 王雪刚 徐锋 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第1期203-212,共10页
[目的]旨在解决传统模型预测控制方法采用在线滚动方式进行优化求解,造成欠驱动船舶路径跟踪预测控制器计算量大的问题。[方法]将神经动态优化系统引入模型预测控制方法,提出一种具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器。首先,针对... [目的]旨在解决传统模型预测控制方法采用在线滚动方式进行优化求解,造成欠驱动船舶路径跟踪预测控制器计算量大的问题。[方法]将神经动态优化系统引入模型预测控制方法,提出一种具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器。首先,针对船舶欠驱动特性,采用并改进视线制导策略:针对传统视线制导策略的运动学模型不确定性问题,基于滑模思想,提出鲁棒视线制导方法;更进一步,针对外界干扰影响下船舶易产生侧滑角问题,对侧滑角进行补偿,提出鲁棒自适应视线制导方法,提高系统对模型不确定性与外界干扰的鲁棒性。其次,针对欠驱动船舶输入饱和问题,通过模型预测控制方法将船舶路径跟踪问题转化为含有输入约束限制的二次优化问题。最后,针对模型预测控制方法采用在线滚动优化策略导致计算负担增加问题,基于投影递归神经网络,建立神经动态优化求解器,通过并行求解含有输入约束限制的二次优化问题,提高计算效率。[结果]经过直线和曲线路径跟踪仿真,验证了本文所提出的具有实时性的欠驱动船舶路径跟踪预测控制器能够达到任意路径跟踪的目标。对比仿真实验结果也表明所提方法相较于Fmin-con优化求解器(MATLAB内置求解器)计算效率提升约90倍,具有显著优势。[结论]研究结果对于提升欠驱动船舶路径跟踪预测控制的实时性能具有一定的工程实用参考价值。 展开更多
关键词 无人船 运动控制 模型预测控制 路径跟踪 神经动态优化 鲁棒自适应视线制导 操纵性
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基于鲁棒视线制导方法的欠驱动船舶路径跟踪 被引量：2
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作者 徐双 刘程 郭玮丽 《大连海事大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期20-27,共8页
为解决船舶路径跟踪中的欠驱动和船舶模型不确定问题,提出一种基于鲁棒视线制导方法的神经网络滑模控制器。首先,利用鲁棒视线制导方法解决欠驱动船舶输入自由度维数小于输出自由度维数的问题,同时,减少船舶运动学差异的影响;其次,把径... 为解决船舶路径跟踪中的欠驱动和船舶模型不确定问题,提出一种基于鲁棒视线制导方法的神经网络滑模控制器。首先,利用鲁棒视线制导方法解决欠驱动船舶输入自由度维数小于输出自由度维数的问题,同时,减少船舶运动学差异的影响;其次,把径向基函数神经网络和滑模控制方法相结合设计控制器,减少外界干扰的影响,实现了欠驱动船舶的路径跟踪;最后,通过李雅普诺夫稳定性定理分别证明了所设计制导系统和控制系统的稳定性。该控制器引入鲁棒视线制导方法对制导系统进行设计,在减少外界干扰影响的同时考虑了船舶运动学差异的影响。仿真实验分别实现了欠驱动船舶的直线路径跟踪和曲线路径跟踪,验证了所设计控制器的有效性和可行性。 展开更多
关键词 欠驱动船舶 路径跟踪 鲁棒视线(LOS)制导 神经网络 滑模控制
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