基于干扰观测器的插秧机路径跟踪滑模控制

作     者：李晋阳 熊宏江 周脉乐 Li Jinyang;Xiong Hongjiang;Zhou Maile

作者机构：江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013 

出 版 物：《农机化研究》 (Journal of Agricultural Mechanization Research)

年 卷 期：2024年第46卷第6期

页      面：80-85,95页

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：江苏省自然科学基金项目(BK20200897) 江苏省重点研发计划(现代农业)项目(BE2018324) 

主　　题：插秧机 路径跟踪 干扰观测器 快速非奇异终端滑模 变指数幂次趋近律 

摘      要：针对插秧机作业时,因农田环境复杂及空间差异性,在未知外部干扰下车辆容易发生滑移,从而影响路径跟踪效果、跟踪收敛时间长等问题,提出了一种基于干扰观测器的插秧机路径跟踪滑模控制方法。首先,建立了包含滑移的扩展运动学模型,在此基础上引入横向和航向的复合干扰,设计非线性干扰观测器对干扰精准观测,降低滑模控制的抖振。为了避免奇异现象和提高收敛速度,提出采用快速非奇异终端滑模面和变指数幂次趋近律设计的控制器削弱干扰。在MatLab软件平台上建立了无干扰模型对比仿真,相比于快速幂次趋近律,选择的变指数幂次趋近律快速性更好,相比于快速终端滑模,设计的快速非奇异终端滑模动态性能更好。仿真结果表明:非线性干扰观测器能精确观测复合干扰;与无干扰观测器的滑模控制器相比,所设计的控制器能快速有效收敛、削弱干扰、降低抖振。在速度0.8 m/s的实际水田作业试验中,整体直线路径跟踪的横向平均绝对偏差为2.50 cm,均方根为2.90 cm,偏差总体数值较小,有效提高了控制系统稳定性和快速性,满足路径跟踪精度要求。