An improved NMPC-NDOB scheme for trajectory tracking of unmanned surface vessel

控制理论(社会学) 稳健性(进化) 模型预测控制 弹道 非线性系统 执行机构 计算机科学 工程类 控制工程 控制(管理) 物理 人工智能 生物化学 化学 量子力学 天文 基因
作者
Zhilin Liu,Shouzheng Yuan,Linhe Zheng,Yingkai Ma,Yuxin Sun
出处
期刊:Proceedings Of The Institution Of Mechanical Engineers, Part M: Journal Of Engineering For The Maritime Environment [SAGE Publishing]
卷期号:236 (4): 1012-1024 被引量:2
标识
DOI:10.1177/14750902221079111
摘要

This study investigates the trajectory-tracking problem of fully actuated unmanned surface vessels (USVs). A three-degree-of-freedom (3-DOF) dynamic model was used with three control variables: surge force, sway force, and yaw moment, where the model uncertainties, environmental disturbances, and actuator saturation were also considered. An improved nonlinear model predictive control (NMPC) method was investigated to improve the control performance in the trajectory tracking of USVs, and a nonlinear optimization problem based on the finite horizon was developed to minimize the divergence between the actual and the reference states. Moreover, a nonlinear disturbance observer (NDOB) was employed to estimate the environmental disturbance, which could enhance the robustness of the controller. Furthermore, an event-triggered mechanism was also employed to reduce the computational frequency of NMPC. Simulations of slide mode control, NMPC, and improved NMPC were performed in the trajectory-tracking control. Besides, the simulation results verified the effectiveness and robustness of the proposed improved NMPC-NDOB scheme.
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