结合速度和干扰观测的船舶路径跟踪模型预测控制

摘要

针对船舶路径跟踪控制中的舵角需优化、舵幅和舵速受约束等问题,提出模型预测控制(model predictive control,MPC)算法.为处理系统高阶状态值不易测量以及环境干扰问题,设计高阶非线性观测器,同时对船速和包含模型不确定项和外界干扰的总未知项进行估计.以引入舵机响应系统的MMG模型作为预测模型,不仅能提高预测精度,而且更符合船舶运动控制的实际情况.仿真结果表明,所设计的控制器在风浪流时变干扰下仍能跟踪参考路径,舵角幅值小且其变化是光滑的,速度值和总未知项也均能被准确地逼近,验证了所提算法的有效性.