申请/专利权人：哈尔滨工程大学

申请日：2023-12-06

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN117666584A

主分类号：G05D1/43

分类号：G05D1/43;G05D109/30

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.03.26#实质审查的生效;2024.03.08#公开

摘要：基于模型预测控制的无人帆船帆舵协同路径跟踪控制方法，所述控制方法包括以下步骤：根据牛顿第二定律和欧拉定理，建立无人帆船的四自由度数学模型；根据参考路径信息和无人帆船的实时位置信息，采用固定时间视线法得到无人帆船在路径跟踪模式下的参考艏向；根据提供的参考艏向，构建基于模型预测控制的帆舵协同路径跟踪控制框架，以同时实现对帆和舵的控制；引入辅助收缩约束条件，以提升模型预测控制公式在设计控制器时的闭环稳定性，实现对无人帆船帆舵协同航行路径的精准跟踪控制。

主权项：1.基于模型预测控制的无人帆船帆舵协同路径跟踪控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：S1，将无人帆船的帆、舵和龙骨设定为薄片，根据牛顿第二定律和欧拉定理，建立无人帆船的四自由度数学模型矩阵形式表达式为： 其中，转换矩阵Jη为： 其中，η＝[x,y,φ,ψ]T表示在大地坐标系下的位置、横摇和艏向，v＝[u,v,p,r]T表示随体坐标系下的速度；M＝MRB+MA是惯性矩阵，包括刚体惯性阵MRB＝diag{m,m,Ixx,Izz}，附加质量阵Cv＝CRBv+CAv是科氏力和向心力矩阵，可表示为 Dv,η＝Dkv+Dhv,η+Dheelv+Dyawv,η是流体阻尼力和阻尼力矩矩阵，其受力由龙骨受力，船体受力以及横倾阻尼力矩和艏摇阻尼力矩组成；gη是恢复力和回复力矩；τ＝τs+τr为四个自由度上控制力或控制力矩向量，τs为风帆受力，τr为舵受力，帆船的实际控制输入u＝[δs,δr]T为帆角δs和舵角δr，τwind表示风干扰力，τwave表示浪干扰力；S2，根据参考路径信息和无人帆船的实时位置信息，采用固定时间视线法得到无人帆船在路径跟踪模式下的参考艏向；S3，根据提供的参考艏向，构建基于模型预测控制的帆舵协同路径跟踪控制框架，以同时实现对帆和舵的控制，在目标函数中兼顾航行速度和艏向，进而建立直观的无人帆船帆舵协同艏向控制的模型预测控制公式；S4，引入辅助收缩约束条件，以提升模型预测控制公式在设计控制器时的闭环稳定性，实现对无人帆船帆舵协同航行路径的精准跟踪控制。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 哈尔滨工程大学 基于模型预测控制的无人帆船帆舵协同路径跟踪控制方法

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