一种融合速度控制的自主船舶靠泊实用在线轨迹规划器
系统与控制
2024-02-15 v1 系统与控制
最优化与控制
摘要
自主船舶的设计和装备旨在感知其内部和外部环境，并随后根据预定目标在没有人为干预的情况下执行适当的动作。因此，自主靠泊的轨迹规划算法必须考虑系统动力学、船舶执行器、环境扰动以及船舶、其他船舶和港口结构的安全等因素。在本研究中，基于低速MMG模型建立船舶动力学模型，将自主船舶的轨迹规划建模为一个最优控制问题（OCP），并使用直接多重打靶法将其转化为一个非线性规划问题（NLP）。为了提高靠泊安全性，除了考虑风扰动外，还将速度控制、执行器限制和避碰特性作为约束条件纳入NLP中，然后在MATLAB中使用序列二次规划（SQP）算法求解。最后，通过以下方式评估所提规划器的性能：（i）与使用CMA-ES获得的两艘不同模型船的解决方案进行比较，（ii）针对不同港口入口和靠泊场景进行轨迹规划，以及（iii）使用随机生成的初始条件和港口边界内的位置进行可行性研究。仿真结果表明，该规划器提高了靠泊安全性，并具有实用和计算上的可行性，使其适用于实时应用。
引用
@article{arxiv.2402.09009,
title = {A Practical and Online Trajectory Planner for Autonomous Ships' Berthing, Incorporating Speed Control},
author = {Agnes Ngina Mwange and Dimas Maulana Rachman and Rin Suyama and Atsuo Maki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.09009},
year = {2024}
}