論文の概要: Ocean Current-Harnessing Stage-Gated MPC: Monotone Cost Shaping and Speed-to-Fly for Energy-Efficient AUV Navigation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.00823v1
- Date: Sat, 31 Jan 2026 17:26:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-30 05:13:52.482593
- Title: Ocean Current-Harnessing Stage-Gated MPC: Monotone Cost Shaping and Speed-to-Fly for Energy-Efficient AUV Navigation
- Title（参考訳）: 海流調和段階MPC:エネルギー効率のよいAUV航法のためのモノトーンコスト形成とスピード・トゥ・フライ
- Authors: Spyridon Syntakas, Kostas Vlachos,
- Abstract要約: Current-Harnessing Stage-Gated MPCは、海流の「ヘルプフルネス」を示すステージごとのスカラーを通して海流を利用する。
提案手法は従来の予測制御よりもエネルギー消費を著しく低減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) are a highly promising technology for ocean exploration and diverse offshore operations, yet their practical deployment is constrained by energy efficiency and endurance. To address this, we propose Current-Harnessing Stage-Gated MPC, which exploits ocean currents via a per-stage scalar which indicates the "helpfulness" of ocean currents. This scalar is computed along the prediction horizon to gate lightweight cost terms only where the ocean currents truly aids the control goal. The proposed cost terms, that are merged in the objective function, are (i) a Monotone Cost Shaping (MCS) term, a help-gated, non-worsening modification that relaxes along-track position error and provides a bounded translational energy rebate, guaranteeing the shaped objective is never larger than a set baseline, and (ii) a speed-to-fly (STF) cost component that increases the price of thrust and softly matches ground velocity to the ocean current, enabling near zero water-relative "gliding". All terms are C1 and integrate as a plug-and-play in MPC designs. Extensive simulations with the BlueROV2 model under realistic ocean current fields show that the proposed approach achieves substantially lower energy consumption than conventional predictive control while maintaining comparable arrival times and constraint satisfaction.
- Abstract（参考訳）: AUV(Autonomous Underwater Vehicles)は、海洋探査と様々な沖合での運用において非常に有望な技術であるが、その実用的展開はエネルギー効率と耐久性に制約されている。
そこで本稿では,海流の「ヘルパフルネス」を示す海流スカラーを用いて,海流を利用した海流解析を行うCurrent-Harnessing Stage-Gated MPCを提案する。
このスカラーは予測地平線に沿って計算され、海流が制御目標を本当に助ける場合にのみ、軽量なコスト条件をゲートする。
目的関数にマージされたコスト項が提案されている。
一 モノトンコストシェーピング(MCS)という用語で、路面位置誤差を緩和し、有界翻訳エネルギーを緩和し、その形状が基線より大きくないことを保証し、かつ、
(II)スラストの価格を上昇させ、地上速度を海流とソフトに一致させ、水相対的な「滑空」をほぼゼロにすることができるSTF(Speed-to-fly)コストコンポーネント。
すべての用語はC1であり、MPC設計のプラグ・アンド・プレイとして統合されている。
現実的な海流場下でのBlueROV2モデルによる広範囲なシミュレーションにより,提案手法は従来の予測制御よりもエネルギー消費を著しく低減し,到達時間と制約満足度を維持した。
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