FFRLS-MPC：一种用于实现船舶航向鲁棒控制的自适应模型预测控制方法

《Scientific Reports》：FFRLS-MPC: An adaptive model predictive control method for robust ship course keeping

　　

摘要

精确的航向控制对于安全高效的海上航行至关重要。传统的航向控制系统在面对时变船舶动态和持续的环境干扰时往往性能下降。我们提出了一种自适应航向控制策略，该策略将在线系统识别与模型预测控制（MPC）相结合。所开发的FFRLS-MPC控制器采用了带遗忘因子的递归最小二乘法（FFRLS），能够实时识别关键的船舶操纵模型参数。更新后的模型被用于MPC进行状态预测和受限舵机优化。这一循环机制可以补偿模型与实际船舶之间的差异以及未建模的干扰因素。我们在平静水域以及风浪和水流干扰的模拟环境中验证了该方法的有效性。实验结果表明，FFRLS-MPC相比PID控制和鲁棒自适应MPC具有更快的响应速度、更低的稳态误差以及更准确的动态航向跟踪能力。识别模块能够将干扰效应视为自适应参数的变化进行捕捉。这些结果为实现鲁棒、高精度的船舶运动控制提供了一条实用途径。