[发明专利]农用车辆路径跟踪的增益切换非线性控制方法

摘要

本发明公开了一种农用车辆路径跟踪的增益切换非线性控制方法，农用车辆工作环境极为复杂，要求设计的控制器不仅要满足跟踪路径稳、准、快，还要具备较强的鲁棒性，特别是一种农用车辆路径跟踪的增益切换非线性控制方法，该方法采用非线性控制的方式，将输出的车辆位姿和输入的期望路径进行比较，通过非线性控制器进行正确决策，控制执行机构驱使车辆跟踪期望路径的过程，从而实现精确跟踪。由于农用车辆运动模型的复杂多变，所采取的控制手段也比较灵活，本发明采用增益切换和超前校正的方式实现车辆路径的跟踪精度，采用的非线性控制器达到的控制效果为超调量小于5%，调节时间小于3s，达到了精确跟踪的效果。

主权项

一种农用车辆路径跟踪的增益切换非线性控制方法，其特征在于：包括步骤如下：步骤一：搭建农用车辆路径跟踪控制系统，由PID控制器C(s)、农用车辆系统模型G(s)组成农用车辆路径跟踪控制系统的闭环传递函数，其中农用车辆系统模型由转向系统模型G0(s)和农用车辆运动模型G1(s)组成；步骤二：根据车辆运动的实际需求，设定农用车辆路径跟踪控制系统的输入为期望路径u，输出为实际路径跟踪效果y，此时设定期望输出量为y＝u＝1；步骤三：确定农用车辆具体的研究对象为拖拉机，农用车辆的运动模型选取O’Connor提出的线性模型，便于对模型的研究；步骤四：基于步骤三提出农用车辆的线性模型，再利用罗锡文提出的东方红X‑804拖拉机的DGPS自动导航控制系统的闭环辨识结果，得出转向系统模型G0(s)，从而得出农用车辆系统模型G(s)；步骤五：基于步骤四提出农用车辆系统模型，利用超前校正的方式设计农用车辆路径跟踪控制系统的控制器C1(s)，使系统在保持稳定的前提下，加快响应速度，再对控制器C1(s)利用二次超前校正的方式设计农用车辆路径跟踪控制系统的控制器C2(s)，进一步加快系统的响应速度；步骤六：在步骤五给出的控制器C2(s)的基础上，对控制器加比例调节系数，控制器C3(s)＝KC2(s)，K＜1，C3(s)的作用是为了更好的降低超调量，同时对通频带中心频率的选择能力更强，起到去除高频噪声的作用；步骤七：为了解决线性控制器对农用车辆路径跟踪控制系统存在的时间领域的限制，如调节时间和上升时间，因此在农用车辆路径跟踪控制系统中，引入增益切换非线性控制，加增益切换控制以后，形成非线性PID控制器C4(s)，将此非线性控制器作用于农用车辆系统模型中，优化农用车辆路径跟踪控制系统的动态性能。