[发明专利]一种液压转向阿克曼底盘的控制方法及其应用

权利要求书

1.一种液压转向阿克曼底盘的控制方法，其特征在于：包括步骤：

(1)在液压缸两侧的入口处安装压力传感器测量液压缸两侧腔体内的压力，在入油管路上安装压力传感器测量供给的压力；

(2)构建液压驱动控制模型，据此构建液压转向系统动态模型；

(3)根据步骤(2)建立阿克曼底盘系统状态动态模型，并根据规划与控制要求计算得到期望阿克曼底盘系统状态；

(4)结合步骤(3)构建模型预测控制的目标函数，并依据阿克曼底盘性能建立约束；

(5)在当前时刻求解步骤(4)的目标函数得到下一时刻的控制量，并据此控制阿克曼底盘；

(6)重复步骤(5)，直至完成阿克曼底盘的液压转向控制。

2.根据权利要求1所述的液压转向阿克曼底盘的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，构建液压驱动控制模型具体为：

构建液压驱动控制方程：

其中，表示液压缸内两侧腔体的压力变化率，i∈{1,2}；g_i表示电磁阀数学模型函数，P_i表示液压缸内一侧腔体的压力；P_s表示液压泵的出口压力；δ表示阿克曼底盘的前轮转向角度；u_i＝{0,1}表示液压转向系统的两个开关电磁阀控制命令，其中，0表示关，1表示开，或者反之表示；

设计实验，使得P_s,P_i,δ,u_i在处于不同初始数值的时候，分别记录P_i的变化曲线并进行拟合，得到电磁阀数学模型g_i函数，进而得到液压驱动控制模型。

3.根据权利要求2所述的液压转向阿克曼底盘的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，构建液压转向系统动态模型具体为：

液压转向系统的动力学描述如下：

其中，M表示液压转向系统连杆和转向轮等效总质量；表示传动函数，将阿克曼底盘的前轮转向角度转换为液压缸直线位置，表示阿克曼底盘的前轮转向角加速度；P₁、P₂分别表示液压缸内两侧腔体的压力；S_p指的是液压缸内活塞的截面积；τ_f(δ)表示阿克曼底盘液压转向系统摩擦力模型函数，将阿克曼底盘的前轮转向角度转换为摩擦力；表示阿克曼底盘的前轮转向角速度；表示阿克曼底盘前轮的负载模型函数，将阿克曼底盘的前轮转向角度变化率转换为阿克曼底盘前轮的负载；

由此得到液压转向角度位置的动态特性：

其中，f^-1()为传动函数，将液压缸直线位置转换为阿克曼底盘的前轮转向角度；

由此得到液压转向系统动态模型：

4.根据权利要求3所述的液压转向阿克曼底盘的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：

阿克曼底盘在里程计坐标系中的运动描述如下：

其中，分别表示阿克曼底盘的水平和垂直方向上的位移变化率，表示阿克曼底盘的航向角变化率；v_x表示阿克曼底盘的前进速度控制命令；θ表示阿克曼底盘的航向角控制命令；L_base表示移动机器人的轴距，即后轮到前轮的距离；

进而得到阿克曼底盘系统描述如下：

定义阿克曼底盘系统状态变量为阿克曼底盘系统的控制量为u＝[v_x,u₁,u₂]，则将其离散为N时间段之后得到阿克曼底盘系统状态动态模型：

x_state(k+1)＝H[x_state(k),u(k)]

其中，x_state(k)表示k时刻的阿克曼底盘系统状态，u(k)表示k时刻的液压转向系统的两个开关电磁阀控制命令，k∈[1,2,...,N]，N表示预测控制总时间步长。