基于软切换的无人船多模预测控制方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于软切换的无人船多模预测控制方法、系统及存储介质，该方法包括：建立无人船运动数学模型；设定无人船运动的双级控制模式；基于无人船的运动数学模型对无人船构建非线性模型预测控制器，以适应无人船复杂、变化环境下的航行；根据双级控制模式的第一级，添加对应的障碍物避碰约束；根据双级控制模式的第二级，构建基于软切换的多模控制；通过使用CasADi 3.6.4，基于IPOPT包对NMPC优化问题求解；通过基于软切换的多模控制非线性模型预测控制器进行无人船多模预测控制。本发明专利技术将避碰方案集成到模型预测控制器中，并划分控制模式实现多模预测控制，具有提高对无人船控制的准确性和安全性的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人智能船舶自动控制，尤其涉及一种基于软切换的无人船多模预测控制方法、系统及存储介质。

技术介绍

1、近年来，随着自动化与计算机技术的发展，无人船(unmanned surface vehicle，usv)在海洋领域的应用日益广泛，涵盖了水域探索、环境监测、资源勘探、海事救援等多个方面。相较于传统船舶，usv具有成本低、风险小、适应性强等优势，在水域智能设备中备受关注。

2、对于船舶的控制策略已有大量的研究，如pid控制器、滑模控制器、自适应控制器以及模糊逻辑控制器等。由于无人船本身的非线性动态特性以及在海洋环境中可能面临与其他船只、障碍物或危险区域的碰撞风险，有效的避碰响应也应是控制器需要解决的关键问题。然而，在多数的usv应用中并没有考虑避碰(collision avoidance，ca)问题。模型预测控制(model predictive control，mpc)作为最先进的控制技术之一，因其最优的控制性能和处理复杂系统约束的能力而成为无人系统控制问题的热门策略。因此，将ca方案集成到模型预测控制器中可以满足实际场景中船舶自本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述设定无人船运动的双级控制模式；其中，所述双级控制模式根据无人船的运行状态进行控制模式的划分，包括：

3.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述基于无人船的运动数学模型对无人船构建非线性模型预测控制器，以处理多变量非线性约束问题，包括：

4.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述根据双级控制模式的第一级，添加对应的障碍物避碰约束，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述设定无人船运动的双级控制模式；其中，所述双级控制模式根据无人船的运行状态进行控制模式的划分，包括：

3.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述基于无人船的运动数学模型对无人船构建非线性模型预测控制器，以处理多变量非线性约束问题，包括：

4.根据权利要求1所述的基于软切换的无人船多模预测控制方法，其特征在于，所述根据双级控制模式的第一级，添加对应的障碍物避碰约束，包括：

5.根据权利要求1所述的基于软切换的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森林，段坤鹏，刘妹琴，董山玲，郑荣濠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：