一种基于随机预测的多体船纵向运动控制方法

摘要

在多体船高速航行过程中，外界随机海浪会对船体施加干扰力和力矩，从而加剧多体船纵向运动(升沉和纵摇)幅度。为了能够有效抑制外界随机海浪引发的船体纵向运动，同时考虑到由于固有机械特性导致的减摇附体攻角输入幅值约束问题，提出一种卡尔曼滤波估计和随机预测结合的多体船纵向运动控制方法。首先，对多体船纵向运动进行建模，包含升沉运动、纵摇运动、减摇附体输入以及干扰输入，将外界海浪干扰的有色噪声转化为白噪声输入响应的形式，从而便于采用卡尔曼滤波方法进行系统状态估计。其次，为了有效利用期望值、方差等系统不确定性分布信息，采用随机预测控制方法将原始随机优化问题转化为等价的确定性控制优化问题，降低控制优化求解难度，同时引入Laguerre函数实现性能指标优化参数的降维，从而提高系统实时性。最后，采用数值仿真方法验证了提出方法的有效性。

关键词

高速多体船 / 纵向运动控制 / 随机预测控制 / 卡尔曼滤波 / 实时性 / 数值仿真

基金资助

科技部科技创新2030“新一代人工智能”重大项目(2018AAA0103100)