夏云鹏 杨田田

（1.中船重工第七一三研究所 郑州 450000）（2.武汉理工大学 武汉 430070）

1 前言

无人船［1］（Unmanned Surface Vessel，USV），是一种无人操作的水面船。它具有机动性强、速度快、自主化、无人化等特点，其主要功能是代替人执行一些特殊的、对人有危险的任务。

精准的航迹控制是无人船执行各项任务的基础保障，也是无人船运动控制领域的研究热点。无人船在实际航行环境中会受到外部干扰的影响，导致产生模型不确定性的问题。

无人船航迹控制算法主要分为两类，一类是直接控制算法［2～3］，控制精度高，控制算法直接作用于航迹，算法复杂度高；一类是间接控制算法［4～6］，其设计思路是将航迹控制问题转化为航向控制问题，主要实现方式是将其分解为双闭环控制系统，内环由传统的航向控制算法构成，外环则使用航向解算算法，控制精度相对较低，但优点是可直接使用已有的自动舵技术，更有利于工程应用［7］。

针对无人船航迹控制中容易出现的非线性、时滞性问题，本文采用非线性模型预测控制（NMPC）算法对水面无人船进行直接航迹控制，并采用模拟退火算法对预测控制算法进行最优控制序列求解，进一步提高航迹控制的准确性和实时性。模型预测控制采用反馈校正，可应对多种不确定性问题（包括系统干扰、模型失配等），并通过滚动优化策略在线求解局部最优化问题，极大地减少了在线优化计算量，提高算法的响应速度。

2 基于模拟退火优化NMPC算法的直接航迹控制……

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