研究人员开发了一种优化自主船舶导航的新控制方法

研究人员开发了一种新的控制方法，优化了自主船舶导航

研究人员通过设计了一种新颖的最优时间控制方法，考虑了实际海浪对船舶的影响，使得自主船舶能够更好地在动态海况下进行导航和跟踪目标。

这项研究填补了现有采用海上自主船舶（MASS）的模型预测控制的船舶控制系统在实际海况下不考虑对船舶施加的各种力的空白。研究突出了对自主船舶操纵的最佳控制模型的增长需求。

为了解决这一问题，韩国韩国海洋大学航行汇聚研究部副教授Daejeong Kim领导的研究团队设计了一种MASS的新颖最优时间控制方法。他们将这项研究于2024年1月5日在线发布，并于2024年2月1日发表在《海洋工程》期刊的第293卷中。

这一创新控制系统的核心是一个全面的数学船舶模型，考虑了海洋中的各种力，包括作用在船体、推进器和舵等关键部位的海浪载荷。然而，该模型不能直接用于优化操纵时间。因此，研究人员开发了一种新颖的时间优化模型，将数学模型从时间形式转换为空间形式，成功地优化了操纵时间。

这两个模型被集成到非线性模型预测控制器中，以实现最优时间控制。他们通过模拟真实船舶模型在不同海浪载荷下航行来测试这个控制器。此外，为了有效的航线规划和跟踪，研究人员提出了三种控制策略：策略A在规划和跟踪阶段均排除了海浪载荷，作为参考；策略B仅在规划阶段考虑了海浪载荷；策略C在两个阶段都考虑了海浪载荷，测量了它们对推进和转向的影响。

实验表明，海浪载荷增加了策略B和C上预期的操纵时间。比较这两种策略，研究人员发现策略B更简单，性能低于策略C，后者更可靠。然而，策略C在规划阶段包含了对控制器的额外负担，因为需要预测海浪载荷。

该方法可以增强自主船舶操作的效率和安全性，潜在地减少航运成本和碳排放，造福于经济的各个领域。整体上，这项研究填补了自主船舶操纵中的关键空白，有可能促进更为先进的海洋工业的发展。