考虑网络时延和扰动的无人船路径跟踪控制

作     者：周杏伟 胡文山 刘国平 雷忠诚 ZHOU Xingwei;HU Wenshan;LIU Guoping;LEI Zhongcheng

作者机构：武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072 南方科技大学控制科学技术中心广东深圳518055 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62173255 62188101 62073247 62103308) 

出 版 物：《传感器与微系统》 (Transducer and Microsystem Technologies)

年 卷 期：2025年第44卷第3期

页      码：67-70,75页

摘      要：针对无人船(USVs)在网络时延、数据包丢失和环境扰动条件下的路径跟踪控制问题,提出了一种改进的模型预测控制(MPC)方法,以提升系统的鲁棒性和稳定性。通过在传统运动学模型中引入速度扰动和角速度扰动项,准确反映复杂海洋环境对无人船的运动影响。构建了包含网络时延和数据包丢失的扩展系统模型,将网络不确定性纳入控制器设计中,应用时延补偿策略和鲁棒性设计,提前调整控制输入以抵消网络不确定性的影响。仿真结果显示,所设计控制器在路径跟踪精度上显著优于未考虑时延补偿的控制器,平均跟踪误差降低约70%,最大误差减少约24%。控制系统在应对环境扰动时,表现出较强抵抗力。研究证明了在无人船路径跟踪中,考虑网络和环境不确定性的必要性,为提升无人船在复杂环境中的自主导航能力提供了有效方案。

主 题 词：模型预测控制 路径跟踪 无人船 非线性控制 

学科分类：08[工学] 081105[081105] 0835[0835] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 080201[080201] 

D　O　I：10.13873/J.1000-9787(2025)03-0067-04

馆 藏 号：203157618...