This is the Way: Mitigating the Roll of an Autonomous Uncrewed Surface Vessel in Wavy Conditions Using Model Predictive Control

要約

大型の船舶は波の状況に対処するための十分な装備を備えている可能性がありますが、小型の船舶は外乱の影響を受けやすいことがよくあります。
この論文では、平均横揺れを最小限に抑えるための波状条件の無人水上艦 (USV) 用の非線形モデル予測制御 (NMPC) システムの開発について検討します。
NMPC は、船舶のダイナミクスに関する情報と想定される波モデルを使用する予測方法に基づいています。
この方法では、コスト関数の重みを調整することで、さまざまな条件下で作動が不十分な USV のロールを軽減できます。
結果は、1.75 メートルの正弦波の条件下で調整されたコントローラーを使用した場合、平均ロールが 39% 減少することを示しています。
一般的で直感的な調整戦略が確立されます。
この予備作業は概念実証であり、波予測手法を活用して現実世界のシナリオやフィールド試験で USV の計画と制御をリアルタイムで実行するための準備を整えます。

要約(オリジナル)

Though larger vessels may be well-equipped to deal with wavy conditions, smaller vessels are often more susceptible to disturbances. This paper explores the development of a nonlinear model predictive control (NMPC) system for Uncrewed Surface Vessels (USVs) in wavy conditions to minimize average roll. The NMPC is based on a prediction method that uses information about the vessel’s dynamics and an assumed wave model. This method is able to mitigate the roll of an under-actuated USV in a variety of conditions by adjusting the weights of the cost function. The results show a reduction of 39% of average roll with a tuned controller in conditions with 1.75-metre sinusoidal waves. A general and intuitive tuning strategy is established. This preliminary work is a proof of concept which sets the stage for the leveraging of wave prediction methodologies to perform planning and control in real time for USVs in real-world scenarios and field trials.

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