基于GRU-MPC的双全回转推进拖轮轨迹跟踪控制

作     者：李诗杰 刘泰序 刘佳仑 董智霖 徐诚祺 

作者机构：武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室 上海交通大学海洋工程全国重点实验室 武汉理工大学交通与物流工程学院 武汉理工大学智能交通系统研究中心 国家水运安全工程技术研究中心 

出 版 物：《上海交通大学学报》 (Journal of Shanghai Jiaotong University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFE0125200) 海洋工程全国重点实验室(上海交通大学)开放基金(GKZD010089)资助项目 

主　　题：全回转尾推进型拖轮控制 模型预测控制 门控循环单元神经网络 轨迹跟踪控制 数据驱动模型 

摘      要：针对双全回转尾推进拖轮轨迹跟踪控制问题，提出通过门控循环单元（GRU）神经网络构建拖轮三自由度运动数据驱动模型，并基于GRU模型构建模型预测控制（MPC）轨迹跟踪控制器，克服传统控制方法对精确系统机理模型限制。此控制器在不改变拖轮推进器转速前提下，通过调节左右舵角对拖轮速度与航向进行调控，并通过仿真实验验证所提出方案的有效性。在噪声干扰下，模型精度良好。通过对比不同预测步长下的控制性能，探讨预测步长对控制效果及求解时间的影响。由于优化求解复杂度提升，当预测步长增加时，控制精度的提升同时导致求解时间增加。本研究为拖轮的精确轨迹跟踪控制提供新的思路，也为类似的非线性系统控制研究提供有价值的参考。