基于 ESO-MPC 的水上无人机自主滑行起飞控制研究

来源：机械与电子杂志2025年第10期北京时间：

作者：秦宇洋;曹东;沙俊江

单位：南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 211106

摘要：分析水上无人机不同于陆基无人机的特点及起飞特性,针对水上无人机在滑行起飞过程中易受水面干扰的问题,提出一种具备自主决策能力的起飞控制策略,以提升其在复杂水面环境下的起飞稳定性与成功率。首先建立了包含水动力作用的水上无人机滑行起飞非线性数学模型,将纵向通道进行解耦并抽离出升降舵通道,引入规则波以模拟水面波浪运动。然后设计了基于扩展状态观测器的模型预测控制( ESO-MPC )方法,设计 MPC 控制器对俯仰角进行控制,使无人机实时跟踪波面并在波峰处起飞。同时引入基于 ESO 观测器的前馈补偿,对建模不精确部分和外部干扰进行估计和补偿,进一步提高系统的鲁棒性。最后仿真结果表明,该系统能够准确跟踪波面并实现平稳起飞。

关键词：水上无人机;滑行起飞;模型预测控制;扩展状态观测器