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基于非线性模型预测控制的无人船航迹跟踪控制方法
基于非线性模型预测控制的无人船航迹跟踪控制方法
摘要：无人船航迹跟踪控制是无人船技术领域中的重要研究内容之一。本论文基于非线性模型预测控制，提出了一种无人船航迹跟踪控制方法。该方法能够有效解决无人船在海上运动过程中存在的非线性、时变等问题，实现精确的航迹跟踪控制。通过数值仿真实验验证了该方法的有效性和实用性。
关键词：非线性模型预测控制，无人船，航迹跟踪，数值仿真
1.引言
无人船技术的快速发展为海洋探测、资源勘探和海上安全等领域提供了新的解决方案。在无人船的运动过程中，航迹跟踪控制是关键技术之一，对于实现无人船的自主性和精准性具有至关重要的作用。
2.非线性模型预测控制
非线性模型预测控制(NMPC)是一种基于最优控制理论的控制方法，能够解决系统非线性、时变和约束等问题。NMPC通过建立系统的非线性动力学模型，并在每个控制周期内预测系统的未来状态，然后优化控制信号，以实现精确的控制效果。
3.无人船的动力学模型
无人船的运动过程受到多种力的作用，包括水流、风力和船体自身的动力等。因此，建立准确的无人船动力学模型是实现航迹跟踪控制的前提条件。通常采用数学模型或基于试验数据的方法来建立无人船的动力学模型。
4.非线性模型预测控制的设计方法
无人船的航迹跟踪控制可以看作是一个优化问题，通过最小化跟踪误差和控制信号的变化率等指标，来优化控制信号。本论文提出的设计方法包括以下步骤：建立无人船的非线性动力学模型，确定优化目标和约束条件，选择合适的预测时域和控制时域，通过数值优化方法求解最优控制信号，将控制信号应用于实际控制系统。
5.数值仿真实验
为了验证所提出的非线性模型预测控制方法的有效性和实用性，本论文进行了数值仿真实验。通过对比实验结果，可以得出结论：所提出的方法能够实现无人船的精确航迹跟踪控制，具有较好的控制性能和鲁棒性。
6.结论
本论文基于非线性模型预测控制，提出了一种无人船航迹跟踪控制方法。该方法能够有效解决无人船运动过程中的非线性、时变等问题，实现精确的航迹跟踪控制。通过数值仿真实验验证了该方法的有效性和实用性。在未来的研究中，可以进一步考虑其他优化算法和控制策略，以提高无人船的控制精度和鲁棒性。
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