基于模型预测控制的船舶纵向航速协同控制方法

摘要

多船协同航行在海事搜救、资源勘探、极地航运等领域中具有显著优势,其中纵向航速协同控制是实现船舶协同航行的关键.通过分析船舶螺旋桨转速、加速度与航速之间的关系,构建了考虑风力影响的船舶纵向动力模型,为实现前后船加速度与跟驰距离的关联,引用基于变时距策略的船舶间距模型.设计了考虑航速、加速度等多约束的多船航速控制目标函数,并利用模型预测控制方法实现了最优化问题的实时求解.通过Matlab进行仿真验证,结果表明,提出的基于模型预测控制方法的船舶纵向航速协同控制方法在前船加速、减速、匀速等工况下,后船均能实现对前船的精确稳定跟驰,其距离跟踪误差分别为0.0925 m,0.1928 m,0.1662 m,与PID方法相比具有更好的收敛性、跟踪精度和抗干扰能力.