线性时变模型预测控制器提高农业车辆导航路径自动跟踪精度

• 作者: 刘正铎 吕钊钦 张万枝 白文静 黄琛
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 车辆 控制 机械化 导航路径 跟踪
• 年，卷（期）: 2017,（13）
• 所属期刊栏目: 农业装备工程与机械化
• 页码范围: 104-111
• 页数: 8页
• 分类号: TP273
• 字数: 6230字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.13.014

摘要

为提高农业车辆导航路径自动跟踪精度,提出一种基于线性时变模型预测控制的路径跟踪方法.该方法将农业车辆非线性运动学模型线性化和离散化处理,作为控制器预测方程;建立以系统控制增量为状态量的目标函数,为防止无可行解,引入松弛因子;设计系统控制量、控制增量和状态量约束条件,并将目标函数求解转为带约束的二次规划问题;采用内点法进行求解,将求得的控制输入增量第一个元素作用于系统;重复以上过程,实现优化控制.基于Matlab/Simulink平台进行了模型预测控制器设计,并分别进行了导航坐标系下的直线和圆形路径跟踪试验.结果表明,所设计的控制器能够实现直线路径的完全跟踪(误差始终为0);跟踪圆形路径时,1 m/s时的横向平均跟踪误差为7.5 cm,3 m/s时的横向平均跟踪误差为10 cm;整个跟踪过程,前轮转角始终被限定在约束范围内.不同控制器参数下的仿真结果表明,增大预测时域和控制周期能够减小跟踪误差和前轮转角变化幅度,控制时域的变化对控制器路径跟踪响应速度影响较小.同时基于设计的模型预测控制器进行了场地试验.结果表明,试验小车以1m/s的速度跟踪直线路径时,横向最大误差均值为1.622 cm,横向平均误差均值为0.865 cm;跟踪圆形路径时,当行走速度低于1 m/s时,横向最大误差小于10 cm.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	吕钊钦	山东农业大学机械与电子工程学院	77	391	11.0	16.0
3	张万枝	山东农业大学机械与电子工程学院	15	26	2.0	4.0
7	刘正铎	山东农业大学机械与电子工程学院	10	36	3.0	5.0
13	白文静	山东农业大学信息科学与工程学院	5	17	2.0	4.0
14	黄琛	山东农业大学机械与电子工程学院	1	14	1.0	1.0