Robust MPC-based trajectory tracking of autonomous underwater vehicles with model uncertainty

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作者
Zheping Yan,Zheping Yan,Jinyu Yan,Sijia Cai,Yuyang Yu,Yifan Wu
出处
期刊:Ocean Engineering [Elsevier BV]
卷期号:286: 115617-115617 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.oceaneng.2023.115617
摘要

A robust model predictive control (MPC) method with dual closed-loops is presented to handle trajectory tracking of autonomous underwater vehicle (AUV) with uncertain model parameters and random external perturbations. First, constraint conditions are set for the motion state and control input of the underwater vehicle based on its motion characteristics. The position controller takes the velocity increment as input, thus providing a smoothly varying desired velocity for the velocity controller. The velocity controller comprises nominal MPC and a nonlinear auxiliary control law to overcome the effect of random perturbations on AUV tracking control. Then, a finite-time extended state observer (FTESO) is designed to compensate for dynamic model uncertainty. Furthermore, Lyapunov stability theory is employed to analyse the stability of the controller and FTESO. Ultimately, through comparative simulation experiments, the proposed control framework's effectiveness and robustness are verified, proving it to be a feasible AUV trajectory tracking control method.
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