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扰动下农用运输车辆路径跟踪控制器设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为提高农用运输车辆路径跟踪的鲁棒稳定性,基于线性模型预测控制结合农用运输车辆特点设计了路径跟踪控制器。该方法首先将农用运输车辆的运动学模型进行离散化求解,推出误差模型作为控制器预测方程,为使农用运输车能够克服在田间行驶时的各种干扰,通过构建李雅普诺夫函数重点分析了该模型的鲁棒稳定性,得到控制周期约束条件,然后建立目标函数并引入松弛因子,最后把预测模型代入目标函数进行优化求解,重复以上过程,实现优化控制。Matlab仿真表明：当前轮转角扰动不大于15°及横向扰动不大于1.5m时,控制器可以迅速起到调节作用,使车辆快速回到参考轨迹上行驶。对应的场地试验结果表明：试验小车以2m/s的速度跟踪参考路径时,直线路段跟踪效果良好,最大横向偏差为10.57cm,均值为8.49cm;添加扰动路段的跟踪偏差较大,最大横向偏差为23.89cm,最大纵向偏差为62.53cm,但在控制器的控制作用下可以实现对路径的有效跟踪。由此可见,该控制器在速度小于等于2m/s的情况下,可以满足农用运输车辆对路径跟踪的精度与鲁棒稳定性要求。 相似文献
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基于跟踪误差模型的无人驾驶车辆预测控制方法 总被引：1，自引：0，他引：1
针对无人驾驶车辆的轨迹跟踪问题,在分析车辆运动学模型的基础上,设计了一种基于模型预测控制理论的轨迹跟踪控制方法。首先,将车辆运动学模型进行线性化处理,得到车辆运动学线性跟踪误差模型,该模型可以用来预测车辆的未来行为。其次,利用此跟踪误差模型作为预测模型,应用线性模型预测控制方法,通过优化得到使性能指标最小的控制序列,将控制序列的第一步作用于系统。最后,建立了3种典型的道路试验曲线,并且在基于实时多体动力学软件Vortex搭建的虚拟仿真平台中对轨迹跟踪控制器进行了仿真。仿真结果表明,该控制器可以保证无人驾驶车辆快速且稳定地跟踪参考轨迹,距离偏差和方位偏差都在合理的范围内,且实时性可以达到要求。 相似文献
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智能车辆换道与超车轨迹跟踪控制 总被引：3，自引：0，他引：3
智能车辆换道过程中须同时考虑车辆的横向控制和纵向控制,为实现智能车辆对预定轨迹的稳定跟踪,根据智能车辆的车辆运动学简化模型,建立基于刚体的车辆模型.选取车辆当前位姿和参考位姿构造动态的位姿误差.建立智能车辆轨迹跟踪闭环控制系统的状态空间数学模型.基于Backstepping控制算法选取Lyapunov函数设计智能车辆换道及超车轨迹跟踪控制器.仿真和试验结果表明,所设计的控制器能够快速跟踪参考轨迹.控制器在智能车辆换道及超车控制过程中平稳、可靠. 相似文献
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赵佳伟王兆强马思群 《农业装备与车辆工程》2023,(7):115-119
随着矿山开采工作的不断深入,操作工人的工作强度和安全风险不断提高,地下铲运机自主驾驶系统可有效缓解这一现象,全局路径规划和轨迹跟踪是解决这一问题的关键技术。对于全局路径规划问题,建立地下铲运机的行驶环境栅格地图,并基于改进遗传算法进行全局路径规划,获得适应地下铲运机行驶的最优全局路径。对于轨迹跟踪,基于地下铲运机的运动学模型,采用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)设计路径跟踪控制器。通过MATLAB/Simulink仿真分析,可以规划出适合地下铲运机行驶的最优全局路径,并在路径跟踪控制器的控制下,地下铲运机能有效跟踪规划出的路径,跟踪误差控制在0.2 m以内,可以实现地下铲运机的自主驾驶。 相似文献
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针对半挂汽车自动倒车时的轨迹跟踪问题,建立了铰接式半挂汽车在极坐标系下的车辆非线性运动学模型。为简化求解过程,以半挂车期望路径的弧长作为新的时间量标,通过准确线性变换方法对建立的系统模型进行线性化,设计了滑模变结构控制器。为保证半挂车快速趋近期望路径同时削弱抖振,采用指数趋近律的方法和准滑动模态控制,采用极点配置法选取控制参数,最后对曲线轨迹的倒车路线跟踪控制进行了仿真分析。仿真结果表明,设计的反馈控制器能改善半挂汽车对行驶路径的跟踪能力,使偏离的挂车快速返回到期望的稳态轨迹上。 相似文献
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为了提升无人车辆轨迹跟踪性能,提出了一种基于LQR与前向增益的无人车辆轨迹跟踪控制方法.基于牛顿矢量力学体系进行车辆动力学建模,基于该模型进行状态观测器、LQR(Linear QuadraticRegulator)控制器以及前向增益的设计,以达到期望的轨迹跟踪速度、低能量损耗和零稳态误差.基于CarSim与MATLAB... 相似文献
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汽车主动防撞控制技术有利于提高汽车的主动安全性,控制器根据安全车距和路况实时控制制动强度,优先保证汽车的安全性,并尽可能地保证驾驶舒适性.本文建立了CarSim仿真平台,基于主动防撞系统最优控制器,在低速和高速同向跟随行驶工况下对主动防撞系统最优控制器进行仿真.仿真结果表明,低速和高速同向跟随情况下,控制器主动防撞控制效果明显,自车减速适当,系统能够满足行车过程中自车与前方行车安全距离的要求,兼顾汽车的驾驶舒适性. 相似文献
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为提高农机路径跟踪时的精确性，提出了一种基于滑模变结构的路径跟踪控制算法，并运用滑模变结构算法设计了自动驾驶控制器，通过简化农机车辆模型与线性化二自由度模型，求解出滑模变结构控制器的控制规律。通过在Simulink与CarSim中建立联合仿真模型验证控制器的可行性，结果表明：基于滑模变结构的农机路径跟踪控制算法的车辆作业转弯时横向偏差可控制在0.45m之内，实际行走路径与预设路径基本吻合，较加入预瞄模块的PID控制算法控制精度得到提高，满足自动驾驶农机路径跟踪精度及实时性的需求，可为农机路径跟踪控制的研究提供参考。 相似文献
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基于车辆线控转向技术,根据最优控制理论,提出了一种汽车前、后轮转角主动转向控制新策略。以汽车侧向动力学二自由度模型为基础,确立了车辆转向理想跟踪模型,设计了四轮主动转向最优控制器,对所设计的控制器进行了仿真分析与验证。仿真结果表明:所设计的前、后轮转角最优控制器改善了车辆瞬态与稳态响应特性,且能很好地跟随理想车辆转向模型,提高了车辆的操纵稳定性。 相似文献
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线控转向与主动防倾杆均有助于提高车辆行驶的主动安全性,为更好发挥这2个子系统的功能,对线控转向与主动防倾杆进行协同控制研究。由于车辆结构具有复杂性和模型参数的不确定性,协同控制采用模糊控制器实现,经过模糊控制可以得到车辆的附加前轮转角和前后主动防倾杆的力矩分配系数,以此实现对线控转向和主动防倾杆的协同控制。为证明协同控制的有效性,进行阶跃工况试验和双移线工况试验的仿真验证。仿真结果表明,经过协同控制的车辆与未协同控制的车辆相比,可以有效改善车辆的操纵稳定性和行驶安全性。 相似文献
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崔玉定贺满川熊豪杰薛仁强 《农业装备与车辆工程》2023,(7):70-75
为了提高无人驾驶车辆路径跟踪的精确性和稳定性,基于可拓控制原理设计了2种控制策略可切换的路径跟踪控制器。其中,初始偏差较大和低速时采用滑模控制策略,在充分保证跟踪精度时提高跟踪的实时性,高速时则采用带有约束控制的模型预测控制策略以提高车辆行驶的稳定性。最后通过搭建CarSim与Simulink联合仿真平台,在目标路径为双移线工况下进行不同车速的仿真。结果表明,所设计的可拓控制器能有效提高无人驾驶车辆的路径跟踪精度和稳定性。 相似文献
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针对铰接式车辆的特殊转向结构和行驶特性,为提高其路径跟踪控制精度和反应速度,提出了一种基于预见信息的线性二次型最优控制(Linear quadratic regulator,LQR)策略,并应用遗传算法(Genetic algorithm,GA)对状态量权重矩阵进行优化求解,获得最优LQR状态反馈控制器,实现铰接式车辆精确路径跟踪控制,由位置偏差、行驶方位偏差和曲率偏差来反映控制效果。ADAMS-Matlab/Simulink联合仿真结果:位置偏差为0.03 m,偏差误差为1.3%,行驶方位偏差误差为0.19%,曲率偏差收敛于0.003 m-1。联合仿真和试验验证结果表明,所提出的控制方法可有效提高控制精度,实现铰接式车辆的精确、稳定路径跟踪。 相似文献
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为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性,提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先,基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型,并对该运动学模型进行简化;然后,基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型;最后,结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比,模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时,其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点,设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。 相似文献
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为实现直线超声电动机驱动的3-PRR并联平台的精确轨迹跟踪控制,对其进行了运动学和动力学建模,并设计了基于模型和轮廓误差的控制器。首先,根据并联平台的闭链约束条件,对并联平台进行了运动学分析。在此基础上,对并联平台的各部件速度和加速度进行了推导,并获得了相应的雅可比矩阵,随后基于虚功原理建立了平台的动力学模型。最后,由切线近似法推导了平面三自由度轮廓误差的转化方法,并设计了基于模型和轮廓误差的控制器。实验结果表明,基于动力学模型和轮廓误差的控制器可将X和Y轴的轨迹跟踪误差控制在15μm以内,提高了动平台的轨迹跟踪精度。 相似文献
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为提高多轮轮毂电机驱动车辆动力学综合控制性能,提出了一种基于分层模型的直接横摆力矩控制策略。上层为运动跟踪控制层,设计了基于车轮转角的前馈控制器,对车辆横摆角速度稳态增益进行调节,同时将滑模控制进行改进,设计了滑模条件积分控制器进行反馈控制,使横摆角速度追踪其期望值;下层为转矩优化分配层,基于稳定性优先原则,建立了以减小轮胎负荷率为目标的优化函数,并且将控制分配问题转换为二次规划问题进行求解。依托某型8×8轮毂电机驱动样车进行实车试验,结果表明,在连续转向工况和双移线工况下,所提出的控制策略使车辆最大横摆角速度偏差分别降至理想横摆角速度的6%和9%以内。此外,该策略能够有效控制轮胎负荷率,实现转向行驶时的转矩优化分配,改善了车辆操纵稳定性。 相似文献
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针对茶叶罐分拣生产线的高效率运动控制,提出一种码垛机器人最优关节控制方法。首先,设计茶叶罐分拣码垛机器人生产线的三维模型,根据拉格朗日方程推导出机器人动力学模型,明确模型的输入输出关系。进而,利用萤火虫算法的寻优优势对码垛机器人进行运动学反解,并引入NUBRS曲线平滑处理经五阶多项式插补的轨迹。最后,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来实现关节空间内的高精度轨迹跟踪控制。研究结果表明:与滑模控制和反步法控制相比,本文控制器具有更高的控制性能;萤火虫算法能在0.37 s内求解机器人反向运动学,结合五阶多项式插补法与NUBRS曲线能获得光滑柔顺的参考关节轨迹;本文控制器能有效抑制集总干扰力矩影响,保证机器人关节空间内轨迹跟踪精度。 相似文献
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为了提高汽车的抗侧倾性能以及驾驶员的舒适性和安全性,设计了主动横向稳定杆控制器。针对汽车整车系统结构复杂,模型参数不确定性,设计了模糊滑模控制控制器,从而实现对理想侧倾角度跟踪,同时调整前后轴主动抗侧倾力矩分配,提高车辆的操稳性,并进行不同工况的仿真试验。仿真结果表明,所设计的主动横向稳定杆控制方式能够有效抑制抖振现象,具有较好的鲁棒性,实现对车身侧倾角理想跟踪控制并改善车辆的操稳性。 相似文献
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《农业装备与车辆工程》2017,(10)
机械臂具有时变、强耦合、非线性等特性,因此建立动力学模型计算量很大,耗时长且难以实现有效的实时控制。针对机械臂在控制中存在的精度问题,采用Lagrange方法进行动力学建模,在该模型的基础上设计了滑模控制器,对动力学模型进行仿真分析。并与传统的基于重力补偿的机械臂PD控制方法在轨迹跟踪的精度和误差方面进行比较。结果表明:所设计的滑模控制器比PD控制算法具有更高的轨迹跟踪精度及更快的跟踪速度,更适合机械臂轨迹跟踪控制。 相似文献