基于改进的投饵船模型预测轨迹跟踪控制

张丽珍,顾素郡,吴 迪

（上海海洋大学工程学院，上海 201306）

0 引言

轨迹跟踪控制是自主巡航投饵船运动控制的一项重要研究内容，它是指投饵船从起始位置沿着给定的参考轨迹航行到目的地[1,2]。投饵船具有时滞的特点，并且投饵船的运动学模型会随着航行状态的不同而变化，海上环境因素的干扰也会导致跟踪发生偏离。另外，投饵船在轨迹跟踪的过程中，系统独立控制变量的个数比其本身的自由度个数少。以上这些特点使得投饵船轨迹跟踪控制成为一个非线性、欠驱动、受多种约束限制的控制问题[3]。对于投饵船这样存在多种约束限制的系统，约束会破坏系统获取理想的控制性能，导致跟踪发生不稳定的现象。而对执行机构采用较大的控制动作能够控制投饵船保持较高程度的跟随性以及稳定性。但是，投饵船执行动作不能过大是投饵船系统对控制增量的时域约束。所以投饵船系统对控制量的时域约束与对控制性能的要求产生矛盾，这让投饵船轨迹跟踪问题更加困难[4]。

模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）是一种基于状态空间方程的反馈控制，该控制算法利于解决投饵船这种非线性动力学问题。系统通过对每一当前时刻的优化，来充分利用允许的控制动作，从而提高控制的性能，达到最优控制。同时，在预测系统未来的输出中，能够及时纠正因时变约束引起的跟踪不稳定现象[5,6]。是处理时域约束系统控制的最优方法，具有较强的鲁棒性，对解决受约束自主巡航投饵船轨迹跟踪控制问题具有独特的优势。……