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基于模型预测控制的多船自动避碰研究
| 论文题名： | 基于模型预测控制的多船自动避碰研究 |
| 关键词： | 多船自动避碰;模型预测控制;人工势场法 |
| 摘要： | 随着智能船舶的发展，船舶自动避碰已经成为船舶运动控制领域的研究热点之一。相较于人工操纵，船舶自动避碰能够减少人为因素的影响，降低船舶碰撞事故的发生率。本文基于《国际海上避碰规则》（以下称国际避碰规则），面向多种船舶会遇情形，构建船舶避碰模型进行避碰决策，利用模型预测控制方法设计船舶自动避碰算法。本文的主要研究内容可以总结为以下三个方面： (1)根据两船运动信息，通过碰撞危险度模型评估碰撞危险，并基于模型预测控制方法提出两船避碰预测控制算法。当碰撞危险低于阈值时，船舶按照计划航向航行；当碰撞危险高于阈值时，依据国际避碰规则划分两船避碰责任，并根据基于规则法的船舶避碰模型计算出符合避碰规则的航向，通过模型预测控制算法实现两船的动态自动避碰。 (2)根据多船运动信息，基于船舶碰撞危险度模型评估船舶间碰撞危险，融合船舶碰撞紧迫程度建立船舶避碰模型，利用模型预测控制方法设计多船避碰控制算法。并结合视线导航法在避碰之外实现对原定路径的跟踪。相较于传统多船避碰仅考虑一船对多船的避碰，本文设计的避碰算法考虑多船对多船的避碰，每艘船会根据会遇情形采取符合规则的避碰行动。同时避碰算法还考虑了让路船没有采取有效避碰行动导致直航船需采取避碰行动情形。 (3)在多船避碰基础上，各船根据本船及周围目标的信息，分别针对静态目标和动态目标，建立船舶碰撞危险度模型，评估本船与静态目标或动态目标间的碰撞危险。基于国际避碰规则，融合碰撞危险度模型，改进人工势场法，建立船舶避碰模型，然后基于模型预测控制方法提出多船避碰预测控制算法。 |
| 作者： | 李铖 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 刘程 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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