基于非线性模型的农用车路径跟踪控制器设计与试验

作     者：刘正铎 张万枝 吕钊钦 郑文秀 穆桂脂 LIU Zhengduo;ZHANG Wanzhi;LU Zhaoqin;ZHENG Wenxiu;MU Guizhi

作者机构：山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2018年第49卷第7期

页      面：23-30页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFD0700705) 山东省农机装备研发创新计划项目(2018YF020-07 2017YF002) 山东省现代农业技术体系创新团队岗位专家项目(SDAIT-10-022-10) 山东农业大学青年科技创新基金项目(24158) 

主　　题：农用车辆 路径跟踪 非线性 模型预测 

摘      要：为提高农用车辆路径跟踪性能,提出一种基于非线性模型预测的路径跟踪控制方法。该方法将路径跟踪问题转换为求解满足速度、转角约束的最优值问题。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,作为控制器的预测方程;然后建立以农用车运动学模型控制量为状态量的目标函数,设计各个变量的约束条件,把预测方程代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,在此基础上进行梯度计算解决非线性的约束优化;最后,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,完成预测控制。Matlab仿真结果表明: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。相对应的场地试验结果表明:试验小车以2 m/s的速度跟踪参考路径时,最大横向偏差为-4.28 cm;3 m/s跟踪参考路径时,最大纵向偏差为-6.61 cm,可以满足农用车辆对于路径跟踪的精度要求。与线性模型预测控制器的对比试验表明:以3 m/s的速度跟踪圆形路径时,设计的控制器跟踪横向偏差降低了36.8%,纵向偏差降低了32.98%。