[发明专利]一种基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法

权利要求书

1.一种基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法，其特征是，包括如下步骤：

建立全驱动船舶运动的三自由度数学模型；

三自由度数学模型线性化；

三自由度数学模型离散化；

在线MPC求解。

2.根据权利要求1所述的基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法，其特征是，所述建立全驱动船舶运动的三自由度数学模型具体为：所述三自由度包含船舶在水面上的纵向运动、横向运动以及转向运动；所述全驱动船舶是指船舶受到纵向推力、横向推力和转向力矩三个物理量作为控制输入，其控制输入量等于自由度，其数学模型表达式如下：

3.根据权利要求1所述的基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法，其特征是，所述三自由度数学模型线性化具体为：假设系统已经在期望路径上完全通过，对期望路径上任意参考点处的状态进行一阶泰勒展开，将其与参考轨迹方程联立，得到线性化后的系统：

4.根据权利要求1所述的基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法，其特征是，所述三自由度数学模型离散化具体为：将连续时间的系统模型进行离散化，从而减少求解的复杂性，最终得到用于控制的新状态空间模型为：

5.根据权利要求1所述的基于MPC的全驱动船舶航迹跟踪方法，其特征是，所述在线MPC求解具体为：在每一个采样时刻构建包含预测时域内跟踪误差和控制时域内系统输入的二次型函数，并将其转换为最优问题，从而得到最优控制序列，并将得到的控制序列的第一组输入作用于被控对象，在下一个采样时刻，重复上述过程，用新的状态作为此时预测系统未来状态的初始条件，刷新优化问题并重新求解，循环此过程直到满足最终条件，得到最优值问题如下所示：