Lyapunov-LMPC: 水下自主航行器轨迹跟踪控制的优化策略

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本篇研究论文探讨了自主水下航行器(AUV)的轨迹跟踪控制问题,着重于利用Lyapunov模型预测控制(LMPC)方法来提升AUV的导航性能。Lyapunov理论在控制领域中具有重要意义,因为它能够确保系统的稳定性,尤其是在处理非线性系统时。 作者Chao Shen、Yang Shi和Brad Buckham针对AUV设计了一种新颖的基于Lyapunov的模型预测控制器框架。这个框架的关键在于考虑实际操作限制,如推进器的饱和问题,通过在线优化算法将这些约束纳入控制器的设计过程,从而提高了轨迹跟踪的精确性和鲁棒性。通过采用非线性反步跟踪控制策略,研究人员能够在建立的LMPC问题中构建收缩约束,理论上保证了闭环系统的稳定性。 论文的核心内容包括对满足递归可行性的充分条件的分析,这关系到控制器的连续运行和闭环系统的稳定状态。这些条件提供了对系统行为的深入理解,使得控制器能够在不断变化的环境中保持稳定并有效跟踪预设的轨迹。此外,该研究还可能探讨了控制算法的实时性能、计算效率以及如何在有限的计算资源下实现最佳的控制决策。 这篇论文通过Lyapunov理论与模型预测控制的结合,为AUV的轨迹跟踪控制提供了一个创新且实用的方法,有助于提高AUV在水下环境中的自主导航能力,同时兼顾了实际操作中的复杂约束和动态性能需求。这对于水下探索、海洋科研以及潜在的工业应用具有重要的理论和实践价值。