扰动下自主水面航行器的能量-轨迹协调经济模型预测控制
系统与控制
2025-03-11 v1 系统与控制
摘要
本文提出了一种用于自主水面航行器(ASV)的新型经济模型预测控制(EMPC)方案,以在环境扰动下同时解决路径跟随精度和能量约束问题。通过将横向偏差表示为代价函数中的等效能量惩罚,我们的方法能够在跟踪精度和能耗之间进行显式权衡。此外,提出了一种依赖于运动的分解技术,以基于车辆动力学估计终端能量成本。与现有 EMPC 方法相比,使用真实世界海洋扰动数据的仿真表明,该控制器的能耗增加了 0.06,同时将横向跟踪误差最多减少了 18.61。在配备 Intel N100 CPU 的 ASV 上于自然湖泊环境中进行的实地实验验证了其实用可行性,在近 1 m/s 的速度和 10 Hz 控制频率下实现了 0.22 m 的平均横向跟踪误差。所提方案为在资源约束下运行的 ASV 提供了一种计算上可行的解决方案。
引用
@article{arxiv.2503.07102,
title = {Coordinated Energy-Trajectory Economic Model Predictive Control for Autonomous Surface Vehicles under Disturbances},
author = {Zhongqi Deng and Yuan Wang and Jian Huang and Hui Zhang and Yaonan Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.07102},
year = {2025}
}