基于视觉伺服的可重构海洋浮体对接非线性模型预测控制

• 作者: 石冉博 赵威严 付东飞 中国海洋大学工程学院
• 来源期刊: 海洋技术学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 预测控制;多智能体协同控制;信息物理系统;可重构浮体;图像运动学
• 年，卷（期）: 2025,（6）
• 页码范围: 38-47
• 页数: 10页
• 语种: 中文

摘要

为解决在全球定位系统（Global Positioning System,GPS）信号缺失和环境感知不足的条件下，只使用单目相机进行可重构浮体厘米级精准对接的实际问题，本文提出了一种用于受到外部干扰的可重构浮体拼接过程的鲁棒非线性模型预测控制（Nonlinear Model Predivtive Control,NMPC）策略。本文首先定义相机平面中的3个图像矩作为视觉特征获得图像运动学模型，然后通过整合该图像运动学模型和浮体的动力学模型，并建立了基于图像的视觉伺服（Image Based Visual Servo,IBVS）系统模型。根据此模型为浮体的拼接设计了一种NMPC控制方案，从而保证了浮体各物理约束和摄像机的视界约束。为了改善系统鲁棒性，根据系统连续性假设设计了一种收紧状态约束来处理外部干扰。最后，通过仿真实验和湖试实验验证了该方案的有效性。