基于改进人工势场法与模型预测控制的多无人艇编队避障控制

摘要

针对多无人艇系统在狭窄水域等复杂环境下的航行问题，提出一种融合改进人工势场法与模型预测控制的混合算法的编队控制与避障方法。首先，对传统的人工势场法进行改进，采用饱和形式的引力势场和分区式的斥力势场，提升无人艇编队在复杂环境中的避障精度和队形保持能力。然后，结合模型预测控制的多步预测优化能力，利用势场力生成的期望轨迹，动态调整控制输入，进而实现编队的稳定控制和高效避障，避免了传统人工势场法在狭窄水域的路径振荡问题。仿真和实验结果表明，改进算法在避障成功率、编队稳定性和路径规划效率等方面均优于传统方法，能够有效避免局部最优，保持队形稳定，顺利通过复杂水域，从而验证了算法的有效性。

关键词

多无人艇编队 / 避障控制 / 狭窄水域 / 人工势场法(APF) / 模型预测控制(MPC)