集美大学薛晗获国家专利权
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龙图腾网获悉集美大学申请的专利具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118550195B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-07发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410642224.6,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法是由薛晗;孙凯彪;赖怡宏设计研发完成,并于2024-05-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法,将约束自适应MPC与风险可调CBF结合以避免碰撞,在MPC‑CBF中加入约束松弛且对于不同障碍物调整风险可调CBF的衰减系数;同时,结合类人MPC并使用事件触发机制,构建了具有风险可调CBF的类人约束自适应MPC控制策略;通过构建的控制策略进行船舶控制和风险规避,如果检测到一般航行风险,则对于不同障碍物调整风险可调CBF的衰减系数,如果检测到紧迫危险,则通过约束松弛来得到可接受的控制输入,如果处于安全状态,则采用基于事件触发机制的类人模型预测控制。该方法有利于达到控制效率、安全性、稳定性和节能之间的平衡。
本发明授权具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法在权利要求书中公布了:1.一种具有风险可调控制屏障函数的类人约束自适应模型预测控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:建立船舶动力学模型; 步骤2:为复杂航行障碍物构建风险可调的控制障碍函数; 步骤3:当系统检测到一般航行风险,即船舶与周围障碍物之间的距离小于安全阈值时,针对不同障碍物调整风险可调控制障碍函数的衰减系数,并求解构建的二次规划问题QP1,基于规划结果控制船舶轨迹并增加距离,直到距离不小于安全阈值;然后系统恢复自由驾驶; 步骤4:当系统检测到紧迫危险时,在二次规划问题QP1的基础上放松约束,求解二次规划问题QP2,通过约束松弛来得到可接受的控制输入; 步骤5:如果船舶不存在航行威胁且处于安全状态,则求解基于事件触发的二次规划问题QP3,只有在达到设定条件时才介入控制; 步骤2中,为复杂航行障碍物构建风险可调CBF的具体方法为: 基于距离设计CBF约束,以保证船舶与障碍物之间不发生碰撞; 设有闭集Ck, 其中,Xk表示第k个时间序列的X值,表示n维实时空间,hXk表示第k个时间序列的控制屏障函数; 如果存在K∞类函数α使得下式成立,则函数h是控制屏障函数CBF: infhXk+1-hXk≥-αhXk 其中,inf表示下确界; CBF的条件定义如下: ΔhXk=hXk+1-hXk≥-γhXk 其中,ΔhXk表示h的差分,γ>0表示衰减系数; 复杂航行障碍物用可达点集的并集来表示; 针对不同障碍物,通过风险可调CBF来描述并调整限制航行区域的可变面积; 步骤3中,二次规划问题QP1具体为: 在时间tk处MPC约束优化问题中的目标函数J为: subjectto ΔhXk=hXk+1-hXk≥-γhXk 其中,t是积分变量,tk是第k个时间序列,Np>0是预测区间时长范围,Xet是在时间tk处的系统状态误差的预测,Q是Xet的权重矩阵,R1是Ut的权重正定矩阵;表示向量的2-范数的平方,其中Ui表示矢量U的第i个元素,R1i表示矩阵R1对角线上第i元素;表示向量的2-范数的平方,其中Xei表示矢量Xe的第i个元素,Qi表示矩阵Q对角线上第i元素;为系统状态的集合;为系统控制输入的范围集合,Xet是在时间tk处的系统状态误差的预测; 步骤4中,二次规划问题QP2具体为: subjectto ΔhXk=hXk+1-hXk≥-γhXk 其中,是约束松弛后的状态集,是的子集;是约束松弛后的控制输入集,是的子集。
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