无人拖轮非线性模型预测控制算法仿真与实测

为了提高无人船的轨迹跟踪精度,以带艏侧推的全驱动无人拖轮船模为研究对象,提出了基于稀疏回归的参数辨识方法与基于非线性模型预测控制(NMPC)的轨迹跟踪算法。采用基于稀疏回归的动态系统辨识方法,根据简化动力学模型,通过对自航试验采集的姿态与推进器时历数据进行顺序阈值最小二乘法回归,迭代求解得到模型参数。针对带系统动力学约束的时间参数化轨迹跟踪控制问题,采用acados求解器实现在线高效求解非线性最优控制问题。通过自航试验完成了无人拖轮非线性动力学模型参数的高效辨识与建模,基于得到的系统模型,Acados求解器可以根据当前系统状态和轨迹参考值快速得出最优的推进器控制指令。经过仿真和实船试验,验证了所提出基于NMPC的轨迹跟踪算法具有较高的控制精度和鲁棒性。