Autonomous Underwater Vehicle (AUV) Motion Design: Integrated Path Planning and Trajectory Tracking Based on Model Predictive Control (MPC)

模型预测控制 控制理论(社会学) 弹道 运动规划 计算机科学 危害 理论(学习稳定性) 控制工程 李雅普诺夫函数 非线性系统 控制(管理) 工程类 机器人 人工智能 物理 机器学习 量子力学 有机化学 化学 天文
作者
Si-Yi Deng,Li‐Ying Hao,Chao Shen
出处
期刊:Journal of Marine Science and Engineering [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (9): 1655-1655 被引量:4
标识
DOI:10.3390/jmse12091655
摘要

This paper attempts to develop a unified model predictive control (MPC) method for integrated path planning and trajectory tracking of autonomous underwater vehicles (AUVs). To deal with the computational burden of online path planning, an event-triggered model predictive control (EMPC) method is introduced by using the environmental change as a triggering mechanism. A collision hazard function utilizing the changing rate of hazard as a triggering threshold is proposed to guarantee safety. We further give an illustration of how to calculate this threshold. Then, a Lyapunov-based model predictive control (LMPC) framework is developed for the AUV to solve the trajectory tracking problem. Leveraging a nonlinear integral sliding mode control strategy, we construct the contraction constraint within the formulated LMPC framework, thereby theoretically ensuring closed-loop stability. We derive the necessary and sufficient conditions for recursive feasibility, which are subsequently used to prove the closed-loop stability of the system. In the simulations, the proposed path planning and tracking control are verified separately and integrated and combined with static and dynamic obstacles.
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