控制与决策

作者：丁博文,付东飞,金志豪,黎明

单位：中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404,,中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404,,中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404,,中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404;中国海洋大学 海洋工程与技术创新研究院，山东 青岛 266100,

关键词：海洋浮体;Koopman算子;模型预测控制;路径跟踪;扩展动态模式分解;增量更新

基金：山东省自然科学基金项目(ZR2022MF280).

针对具有强非线性动力学特性的海洋浮体路径跟踪问题, 提出基于改进Koopman算子在线预估器的模型预测控制(MPC) 算法. 在算子可观测函数中引入状态时延变量与状态导数, 将浮体动态系统提升到希尔伯特空间, 使其高维线性化模型包含更多系统模态. 据此提出基于Koopman 算子的线性预估器, 该数据驱动方法通过在提升空间中解决最小二乘问题, 对系统的输入-输出数据进行非线性变换. 将扩展动态模式分解得到的线性模型作为MPC控制器的内模, 以此方式设计的MPC优化问题与一般线性动态系统的MPC 优化问题具有相同的计算复杂度. 此外，既可以以线性的方式对状态和控制输入施加线性不等式约束，也可以施加源自海洋浮体动态特性的非线性约束. 为了减少计算时间，在线预测器采用增量更新策略. 将所提出控制方案应用于海洋浮体的路径跟踪控制，并通过仿真实验验证其有效性.

来源：2025年第3期

《控制与决策》期刊编辑部

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