文章标题：基于NMPC的欠驱动AUV三维路径跟踪控制避障研究

文章作者：余明裕¹, 姜国洪¹, 宫会彬¹, 王思琪²
关 键 字：自主水下航行器;模型预测控制;路径跟踪;变速视线制导;有限时间扩张状态观测器
文章摘要：针对欠驱动自主水下航行器在跟踪路径上存在障碍物、控制输入存在约束、以及外部环境扰动和动力学模型均未知的条件下的三维路径跟踪问题，提出一种具有避障功能的非线性模型预测控制（NMPC）方法。首先，在传统视线制导策略中引入基于路径偏差的自适应制导纵荡速度，并在此基础上加入改进的人工势场制导方案，使用势场合力来计算避障航向角。然后，设计有限时间扩张状态观测器对未知动力学模型和环境扰动组成的总扰动进行估计。最后，利用总扰动的估计值重构动力学模型，完成基于NMPC三维路径跟踪控制器设计。结果表明，本文提出的控制方法能够完成对三维轨迹的跟踪并有效躲避障碍物。研究成果可为AUV的水下探测作业提供一定参考。