# nmpc-auv-pathtracking

**Repository Path**: chen-zhendong11/nmpc-auv-pathtracking

## Basic Information

- **Project Name**: nmpc-auv-pathtracking
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Matlab
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-06-05
- **Last Updated**: 2025-06-18

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

## 水下机器人非线性模型预测控制 (NMPC) 路径跟踪控制系统

本项目实现了针对水下机器人的非线性模型预测控制算法，用于完成精确的路径跟踪控制任务。系统包含动力学模型、优化控制器设计以及完整的数据分析工具。

> [本项目报告](./docs/paper.pdf) 包含控制问题描述、六自由度航行器动力学建模和能控性分析、算法设计细节和仿真分析等详细内容

### 项目特点
- 基于MATLAB/Simulink的水下机器人动力学仿真
- 实现了非线性模型预测控制算法
- 完整的轨迹生成与跟踪系统
- 多维度数据分析与可视化工具

### 目录结构
```
├── analysis        # 数据分析工具
├── constraints     # 控制约束定义
├── costFcns        # 成本函数定义
├── logs            # 文档与开发日志
├── model           # 水下机器人动力学模型
├── reference       # 参考轨迹生成模块
├── DTsystem.m      # 离散时间系统模型
├── main.m          # 主程序入口
├── minimal_example.m # 最小示例代码
└── nmpc.m          # NMPC核心算法实现
```

### 主要模块说明

#### 动力学模型 (model/)
包含水下机器人完整动力学模型，主要包括：
- Coriolis        # 科里奥利力计算
- Hydrodynamic_forces # 流体动力学计算
- Mass_and_inertia # 质量与惯性矩阵计算
- Restoring_forces # 恢复力计算
- Rotation         # 旋转矩阵计算
- thruster         # 推进器模型
- dynamicEquation.m # 动力学方程整合

#### 控制算法 (main.m, nmpc.m)
- 基于优化的非线性模型预测控制
- 支持时域滚动优化
- 包含多种成本函数和约束条件
- 实时轨迹跟踪能力

#### 参考轨迹 (reference/)
- genTraj.m        # 轨迹生成函数
- refTrajectory.m  # 参考轨迹插值计算

#### 数据分析 (analysis/)
- dataProccess.m   # 数据处理主程序
- drawGroupBars.m  # 组合柱状图绘制
- rmse.m           # 均方根误差计算

### 运行说明

1. **环境要求**
   - MATLAB R2018a 或更高版本
   - Optimization Toolbox
   - Symbolic Math Toolbox (可选)

2. **运行步骤**
   1. 打开MATLAB并切换到本项目目录
   2. 运行 `main.m` 文件
   3. 程序将加载参数、初始化状态并启动NMPC控制器
   4. 控制器将驱动水下机器人跟踪参考轨迹
   5. 运行完成后会自动生成数据分析结果

3. **参数调整**
   - 在 `main.m` 中可以调整采样周期 `Ts` 和预测时域窗口宽度 `N`
   - 在 `parameters/` 目录下可以修改机器人参数和环境参数

### 数据分析
分析工具位于 `analysis/` 目录，支持：
- 均方根误差(RMSE)计算
- 标准差分析
- 时间段分段统计
- 多维运动状态可视化
- 组合柱状图展示

### 开发日志
详见 `logs/DevLogs.md` 文件

### 文档说明
- [模型离散化和仿真离散化的区别](logs/模型离散化和仿真离散化的区别.md) - 解释了为什么在NMPC中需要显式地进行模型离散化
- [可达性与能控性的区别](logs/可达性与能控性的区别.md) - 讨论了系统可控性相关概念的区别