基于擾動測試的農(nóng)用車輛路徑跟蹤控制與試驗

劉正鐸 鄭文秀 王能 呂釗欽 張萬枝

摘 要：為提高農(nóng)用運輸車輛路徑跟蹤的魯棒穩(wěn)定性，該文結(jié)合農(nóng)用運輸車輛特點基于非線性模型預測控制設(shè)計了路徑跟蹤控制器。該方法將路徑跟蹤問題轉(zhuǎn)化為求解滿足速度、轉(zhuǎn)角約束的最優(yōu)值問題。該方法首先將農(nóng)用車的非線性運動學模型進行離散化，推出遞推模型作并為控制器預測方程;然后構(gòu)建新的狀態(tài)量設(shè)計目標函數(shù)，添加系統(tǒng)控制量、狀態(tài)量約束條件;最后將預測方程帶入目標函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為基于遞推序列的二次規(guī)劃法響應問題;為增強系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，利用實時反饋與滾動優(yōu)化實現(xiàn)控制器的閉環(huán)校正;重復以上過程，實現(xiàn)預測控制。Matlab的仿真表明：非線性模型預測控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對所設(shè)計路徑的有效跟蹤且具有較強的魯棒穩(wěn)定性。當測試車輛以3 m/s的速度跟蹤參考軌道時，最大橫向偏差為13.36 cm，最大縱向偏差為34.61 cm。當增加的水平偏差擾動Yr小于1.5 m時，控制器可以快速調(diào)整車輛，使測試車輛可以返回參考軌跡并繼續(xù)行駛。同時進行了與線性模型預測控制器的比較實驗。與傳統(tǒng)的線性模型預測控制器相比，當以3 m/s的速度執(zhí)行圓形路徑跟蹤時，水平偏離軌道的距離減少了36.8%，縱向偏差減少了32.98%。

關(guān)鍵詞：路徑跟蹤;非線性;控制器;魯棒性

DOI： 10.25165/j.ijabe.20201302.4506

引用信息： ?Liu Z D， Zheng W X， Wang N， Lyu Z Q， Zhang W Z. ?Trajectory tracking control of agricultural vehicles based on disturbance test. ?Int J Agric & Biol Eng， 2020; 13（2）： 138–145.