结合状态观测与遗传算法的船舶路径预测控制

为实现具有速度不易测﹑模型不确定﹑受外界因素干扰﹑输入需约束及优化等特点的欠驱动船舶的路径跟踪,提出带状态观测的模型预测控制（MPC）。在限制条件下利用MPC求解性能指标函数,处理舵角优化﹑舵幅与舵速约束问题。设计扩张状态观测器（ESO）对环境干扰和模型不确定项进行估计,提高MPC的性能。通过预测未来估计误差,利用遗传算法在线调节ESO参数,提高估计性能。基于指数函数建立速度观测器,避免速度不易测。稳定性分析和仿真试验结果表明,采用该结合状态观测的MPC船舶路径控制方案,当速度和干扰均未知时,船舶仍能跟踪上参考路径,舵角平滑且始终在约束值内,MPC控制精度和ESO估计精度均得到提高。研究结果说明该方案是可行的、有效的。