基于MATLAB的模型预测控制无人船智能航迹跟踪系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现无人船的模型预测控制，通过船舶动力学建模与环境干扰补偿，结合轨迹预测与路径规划，生成最优控制指令，完成高精度自主航迹跟踪。系统具备实时处理与鲁棒控制能力。

详 情 说 明

基于模型预测控制的无人船智能航迹跟踪系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的无人船智能控制系统，通过模型预测控制（MPC）算法实现无人船的自主航迹跟踪。系统能够实时处理船舶动力学模型、环境干扰因素和路径规划数据，生成最优控制指令。核心功能包括船舶运动学建模、轨迹预测优化、抗干扰控制、实时路径修正等，确保无人船在各种工况下都能准确跟踪预设航迹。

功能特性

• 船舶动力学建模 - 精确建立船舶运动学模型，考虑质量、惯性矩、阻尼系数等参数
• 模型预测控制算法 - 基于滚动优化原理，实现最优控制指令生成
• 实时轨迹优化 - 在线优化预测时域内的船舶轨迹
• 抗干扰控制 - 有效抵抗风浪流等环境扰动的影响
• 实时路径修正 - 根据实际状态动态调整控制策略
• 系统稳定性分析 - 提供闭环系统稳定性评估报告

使用方法

1. 准备输入数据：

- 期望航迹坐标序列(x,y) - 无人船初始状态[位置(x,y), 航向角(ψ), 速度(u,v,r)] - 船舶动力学参数(质量, 惯性矩, 阻尼系数等) - 环境参数(风浪流扰动数据) - 控制约束条件(舵角范围, 推进力限制)

1. 运行主程序，系统将自动完成：

- 模型预测控制器初始化 - 实时轨迹跟踪计算 - 控制指令优化生成

1. 获取输出结果：

- 最优控制序列[舵角(δ), 推进力(τ)] - 预测轨迹坐标(x,y) - 实时状态估计[位置, 航向, 速度] - 性能指标(跟踪误差, 控制能量消耗) - 系统稳定性分析报告

系统要求

• MATLAB R2018b 或更高版本
• Control System Toolbox
• Optimization Toolbox
• 最低内存：8GB RAM
• 推荐配置：16GB RAM，多核处理器

文件说明

主程序文件实现了系统的核心控制逻辑，包括船舶动力学模型初始化、模型预测控制器设计、实时轨迹优化计算、控制指令生成与输出等功能模块。该文件作为系统的主要入口，负责协调各算法模块的调用执行，完成从参数输入到结果输出的完整处理流程，并集成了实时状态监控与性能分析能力。