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基于MPC-IMFAC的船舶路径跟随控制方法研究

李诗杰 刘泰序 刘佳仑 徐诚祺 何家伟

中国舰船研究2025,Vol.20Issue(1):317-325,9.
中国舰船研究2025,Vol.20Issue(1):317-325,9.DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.03629

基于MPC-IMFAC的船舶路径跟随控制方法研究

Ship path-following control method based on MPC-IMFAC

李诗杰 1刘泰序 2刘佳仑 3徐诚祺 2何家伟2

作者信息

  • 1. 水路交通控制全国重点实验室(武汉理工大学),湖北 武汉 430063||武汉理工大学 交通与物流工程学院,湖北 武汉 430063
  • 2. 武汉理工大学 交通与物流工程学院,湖北 武汉 430063
  • 3. 水路交通控制全国重点实验室(武汉理工大学),湖北 武汉 430063||武汉理工大学 智能交通系统研究中心,湖北 武汉 430063||国家水运安全工程技术研究中心,湖北 武汉 430063
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摘要

Abstract

[Objective]This study aims to solve the problem of path-following control under environ-mental disturbances and model uncertainties,especially the effects of external wind and wave environments.[Method]Based on a model predictive control(MPC)controller,improved model-free adaptive control(IMFAC)is introduced as the path following control compensator.The error between the ship's actual state and predicted state is corrected to solve the problem of the insufficient accuracy of the model under environ-mental disturbances such as sudden crosswinds and external wind waves,thereby improving the precision of path-following control.[Results]Ship path-following control simulation experiments are conducted with a scaled-down KVLCC2 ship model.As the results show,compared with traditional MPC control,the MPC-IM-FAC method reduces the maximum absolute heading error of the ship by 25.4%under sudden disturbances,and the average absolute heading error decreases by 2.6%under time-varying environmental disturbances.[Conclusion]The simulation results verify that this control method possesses superior anti-interference ability while ensuring path-following control accuracy.

关键词

路径跟随控制/模型预测控制/无模型自适应控制/操纵性/运动控制/自适应控制系统

Key words

tracking control/model predictive control(MPC)/model-free adaptive control(MFAC)/man-euverability/motion control/adaptive control systems

分类

交通运输

引用本文复制引用

李诗杰,刘泰序,刘佳仑,徐诚祺,何家伟..基于MPC-IMFAC的船舶路径跟随控制方法研究[J].中国舰船研究,2025,20(1):317-325,9.

基金项目

国家重点研发计划资助项目(2022YFE0125200) (2022YFE0125200)

国家自然科学基金资助项目(62003250,52272425) (62003250,52272425)

中国舰船研究

OA北大核心

1673-3185

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