劉正鐸 鄭文秀 王能 呂釗欽 張萬枝

摘 要：為提高農(nóng)用運(yùn)輸車輛路徑跟蹤的魯棒穩(wěn)定性，該文結(jié)合農(nóng)用運(yùn)輸車輛特點(diǎn)基于非線性模型預(yù)測控制設(shè)計(jì)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(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行離散化，推出遞推模型作并為控制器預(yù)測方程;然后構(gòu)建新的狀態(tài)量設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，添加系統(tǒng)控制量、狀態(tài)量約束條件;最后將預(yù)測方程帶入目標(biāo)函數(shù)將其轉(zhuǎn)化為基于遞推序列的二次規(guī)劃法響應(yīng)問題;為增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，利用實(shí)時(shí)反饋與滾動優(yōu)化實(shí)現(xiàn)控制器的閉環(huán)校正;重復(fù)以上過程，實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制。Matlab的仿真表明：非線性模型預(yù)測控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對所設(shè)計(jì)路徑的有效跟蹤且具有較強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性。當(dāng)測試車輛以3 m/s的速度跟蹤參考軌道時(shí)，最大橫向偏差為13.36 cm，最大縱向偏差為34.61 cm。當(dāng)增加的水平偏差擾動Yr小于1.5 m時(shí)，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(shí)進(jìn)行了與線性模型預(yù)測控制器的比較實(shí)驗(yàn)。與傳統(tǒng)的線性模型預(yù)測控制器相比，當(dāng)以3 m/s的速度執(zhí)行圓形路徑跟蹤時(shí)，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.