Trajectory-tracking control of an underactuated unmanned surface vehicle based on quasi-infinite horizon model predictive control algorithm

控制理论(社会学) 欠驱动 弹道 稳健性(进化) 模型预测控制 非线性系统 计算机科学 执行机构 控制工程 工程类 机器人 人工智能 控制(管理) 物理 基因 量子力学 生物化学 化学 天文
作者
Hao Wang,Zaopeng Dong,Shijie Qi,Zhengqi Zhang,Haisheng Zhang
出处
期刊:Transactions of the Institute of Measurement and Control [SAGE]
卷期号:44 (14): 2709-2718 被引量:8
标识
DOI:10.1177/01423312221088378
摘要

The method of a designed trajectory tracking for an underactuated unmanned surface vehicle (USV) in the presence of ocean disturbances is addressed in this paper; the differential flatness theory is applied to get the reference inputs and speed states at the reference position trajectory. Second, a transition process is arranged for the reference trajectory to reduce the overshoot of the actuator, which caused by the large deviation in the initial tracking. Third, the nonlinear disturbance observer is designed to obtain the estimated values of unknown disturbances in the ocean. Then, a controller-based model predictive control (MPC) and terminal cost function is designed for the nominal system. The inherent robustness of the controller and estimates of the observer are used to resist and compensate disturbances. Finally, the simulation experiments of linear trajectory and sinusoidal trajectories are carried out to prove the effectiveness and reliability of the control algorithm designed.

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