基于扰动测试的农用车辆路径跟踪控制与试验

刘正铎 郑文秀 王能 吕钊钦 张万枝

摘 要：為提高农用运输车辆路径跟踪的鲁棒稳定性，该文结合农用运输车辆特点基于非线性模型预测控制设计了路径跟踪控制器。该方法将路径跟踪问题转化为求解满足速度、转角约束的最优值问题。该方法首先将农用车的非线性运动学模型进行离散化，推出递推模型作并为控制器预测方程;然后构建新的状态量设计目标函数，添加系统控制量、状态量约束条件;最后将预测方程带入目标函数将其转化为基于递推序列的二次规划法响应问题;为增强系统的鲁棒稳定性，利用实时反馈与滚动优化实现控制器的闭环校正;重复以上过程，实现预测控制。Matlab的仿真表明：非线性模型预测控制器能够实现对所设计路径的有效跟踪且具有较强的鲁棒稳定性。当测试车辆以3 m/s的速度跟踪参考轨道时，最大横向偏差为13.36 cm，最大纵向偏差为34.61 cm。当增加的水平偏差扰动Yr小于1.5 m时，控制器可以快速调整车辆，使测试车辆可以返回参考轨迹并继续行驶。同时进行了与线性模型预测控制器的比较实验。与传统的线性模型预测控制器相比，当以3 m/s的速度执行圆形路径跟踪时，水平偏离轨道的距离减少了36.8%，纵向偏差减少了32.98%。

关键词：路径跟踪;非线性;控制器;鲁棒性

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.