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

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作者
Si-Yi Deng,Li‐Ying Hao,Chao Shen
出处
期刊:Journal of Marine Science and Engineering [MDPI AG]
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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