用于增强自主水面船舶导航的非线性模型预测控制
系统与控制
2024-03-29 v1 系统与控制
摘要
本文提出了一种基于非线性模型预测控制（NMPC）的方法，用于在考虑环境力的条件下实现自主水面船舶的避碰、路径跟踪和防搁浅。人工势场（APFs）为最优控制问题在避碰和防搁浅方面的代价函数奠定了基础。根据 APFs 合力给出的碰撞风险，控制器通过额外跟随期望路径来优化调整航向和航行速度。为此，NMPC 采用了非线性船舶动力学。为了扩展对风、浪和海流等环境扰动影响的态势感知，将一个非线性扰动观测器与整个 NMPC 方案耦合，从而修正由外力导致的船舶运动误差。此外，还考虑了《国际海上避碰规则》（COLREGs）中最基本的规则。仿真结果表明，所提出的框架能够在包括环境扰动在内的各种挑战性场景下控制自主水面船舶，实现避碰并跟随期望路径。
引用
@article{arxiv.2403.19028,
title = {Nonlinear Model Predictive Control for Enhanced Navigation of Autonomous Surface Vessels},
author = {Daniel Menges and Trym Tengesdal and Adil Rasheed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.19028},
year = {2024}
}