线性时变模型预测控制器提高农业车辆导航路径自动跟踪精度
本文选题:车辆 + 控制 ; 参考:《农业工程学报》2017年13期
【摘要】:为提高农业车辆导航路径自动跟踪精度,提出一种基于线性时变模型预测控制的路径跟踪方法。该方法将农业车辆非线性运动学模型线性化和离散化处理,作为控制器预测方程;建立以系统控制增量为状态量的目标函数,为防止无可行解,引入松弛因子;设计系统控制量、控制增量和状态量约束条件,并将目标函数求解转为带约束的二次规划问题;采用内点法进行求解,将求得的控制输入增量第一个元素作用于系统;重复以上过程,实现优化控制。基于Matlab/Simulink平台进行了模型预测控制器设计,并分别进行了导航坐标系下的直线和圆形路径跟踪试验。结果表明,所设计的控制器能够实现直线路径的完全跟踪(误差始终为0);跟踪圆形路径时,1 m/s时的横向平均跟踪误差为7.5 cm,3 m/s时的横向平均跟踪误差为10 cm;整个跟踪过程,前轮转角始终被限定在约束范围内。不同控制器参数下的仿真结果表明,增大预测时域和控制周期能够减小跟踪误差和前轮转角变化幅度,控制时域的变化对控制器路径跟踪响应速度影响较小。同时基于设计的模型预测控制器进行了场地试验。结果表明,试验小车以1m/s的速度跟踪直线路径时,横向最大误差均值为1.622 cm,横向平均误差均值为0.865 cm;跟踪圆形路径时,当行走速度低于1 m/s时,横向最大误差小于10 cm。
[Abstract]:In order to improve the precision of automatic tracking of agricultural vehicle navigation path, a path tracking method based on linear time-varying model predictive control is proposed.In this method, the nonlinear kinematic model of agricultural vehicle is linearized and discretized as the predictive equation of the controller, and the objective function of the system control increment as the state quantity is established. In order to prevent the infeasible solution, the relaxation factor is introduced.The system control quantity, control increment and state constraint conditions are designed, and the objective function is solved into a quadratic programming problem with constraints, and the first element of the obtained control input increment is applied to the system by using the interior point method.Repeat the above process to achieve optimal control.The model predictive controller is designed based on Matlab/Simulink platform, and the linear and circular path tracking experiments in navigation coordinate system are carried out respectively.The results show that the designed controller can completely track the linear path (the error is always zero), and the transverse average tracking error is 10 cm when the tracking error is 7.5 cm ~ (-3) m / s, and the tracking error is 10 cm when the tracking error is 1 m / s.The front wheel angle is always limited to the bound range.The simulation results under different controller parameters show that increasing the predictive time domain and control period can reduce the tracking error and the change amplitude of the front wheel angle, and the change of the control time domain has little effect on the path tracking response speed of the controller.At the same time, the field test of the model predictive controller based on the design is carried out.The results show that the mean value of the transverse maximum error is 1.622 cm and the average lateral average error is 0.865 cm when the speed of the test car is 1m/s, and the transverse maximum error is less than 10 cm when the walking speed is less than 1 m / s.
【作者单位】: 山东农业大学机械与电子工程学院;山东省园艺机械与装备重点实验室;山东农业大学信息科学与工程学院;
【基金】:山东省现代农业技术体系创新团队岗位专家资助项目(SDAIT-10-022-10) 山东农业大学博士后经费(76567);山东农业大学青年科技创新基金(24158)
【分类号】:S22;TP273
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 白晓平;胡静涛;王卓;;基于视觉伺服的联合收割机群协同导航从机定位方法[J];农业工程学报;2016年24期
2 张亮修;吴光强;郭晓晓;;自主车辆线性时变模型预测路径跟踪控制[J];同济大学学报(自然科学版);2016年10期
3 刘柯楠;吴普特;朱德兰;陈军;郭浩;;基于GPS的太阳能平移式喷灌机自主导航系统设计与试验[J];农业工程学报;2016年16期
4 张美娜;吕晓兰;陶建平;尹文庆;冯学斌;;农用车辆自主导航控制系统设计与试验[J];农业机械学报;2016年07期
5 孟庆宽;张漫;杨耿煌;仇瑞承;项明;;自然光照下基于粒子群算法的农业机械导航路径识别[J];农业机械学报;2016年06期
6 刘军;袁俊;蔡骏宇;陶昌岭;王利明;程伟;;基于GPS/INS和线控转向的农业机械自动驾驶系统[J];农业工程学报;2016年01期
7 黄培奎;赵祚喜;靳俊栋;李叶林;可欣荣;张智刚;施垒;;基于AutoTrac的导航控制参数整定方法试验[J];农业工程学报;2015年S2期
8 胡静涛;高雷;白晓平;李逃昌;刘晓光;;农业机械自动导航技术研究进展[J];农业工程学报;2015年10期
9 熊中刚;叶振环;贺娟;陈连贵;令狐金卿;;基于免疫模糊PID的小型农业机械路径智能跟踪控制[J];机器人;2015年02期
10 张铁民;庄晓霖;;基于DM642的高地隙小车的田间路径识别导航系统[J];农业工程学报;2015年04期
【共引文献】
相关期刊论文 前10条
1 王玲;王万章;田辉;邹彩虹;;高秆作物自对行作业控制方法研究[J];农机化研究;2018年02期
2 戴增辉;何凤琴;;智能农机自动导航系统应用研究[J];农机化研究;2018年02期
3 张万枝;白文静;吕钊钦;刘正铎;黄琛;;线性时变模型预测控制器提高农业车辆导航路径自动跟踪精度[J];农业工程学报;2017年13期
4 丁幼春;詹鹏;周雅文;杨军强;张闻宇;朱凯;;北斗定位田间信息采集平台运动控制器设计与试验[J];农业工程学报;2017年12期
5 包建华;乔曦;李道亮;;双矢量定姿算法提高海参捕捞装置捷联惯导系统粗对准精度[J];农业工程学报;2017年12期
6 姜国权;杨小亚;王志衡;刘红敏;;基于图像特征点粒子群聚类算法的麦田作物行检测[J];农业工程学报;2017年11期
7 房素素;鲁植雄;王增才;刁秀永;鲁杨;龚佳慧;朱春莹;;拖拉机线控液压转向系统设计及样车性能试验[J];农业工程学报;2017年10期
8 殷越;赵亚玲;卢伟;;基于力矩信息的拖拉机转向动态PID控制方法[J];测控技术;2017年05期
9 张辉;庄文盛;杨永强;龚文森;;车路协同系统中的车辆精确定位方法研究[J];公路交通科技;2017年05期
10 彭顺正;坎杂;李景彬;;矮化密植枣园收获作业视觉导航路径提取[J];农业工程学报;2017年09期
【二级参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 梁习卉子;陈兵旗;姜秋慧;朱德利;杨明;乔妍;;基于图像处理的玉米收割机导航路线检测方法[J];农业工程学报;2016年22期
2 刘柯楠;吴普特;朱德兰;陈军;郭浩;;基于GPS的太阳能平移式喷灌机自主导航系统设计与试验[J];农业工程学报;2016年16期
3 张伶滄;王润涛;张长利;王树文;徐天龙;;基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略[J];农业工程学报;2016年13期
4 张美娜;吕晓兰;陶建平;尹文庆;冯学斌;;农用车辆自主导航控制系统设计与试验[J];农业机械学报;2016年07期
5 孟庆宽;张漫;杨耿煌;仇瑞承;项明;;自然光照下基于粒子群算法的农业机械导航路径识别[J];农业机械学报;2016年06期
6 刘军;袁俊;蔡骏宇;陶昌岭;王利明;程伟;;基于GPS/INS和线控转向的农业机械自动驾驶系统[J];农业工程学报;2016年01期
7 张漫;项明;魏爽;季宇寒;仇瑞承;孟庆宽;;玉米中耕除草复合导航系统设计与试验[J];农业机械学报;2015年S1期
8 牛寅;张侃谕;;轮灌条件下灌溉施肥系统混肥过程变论域模糊控制[J];农业机械学报;2016年03期
9 汤一平;王伟羊;朱威;翔云;;基于机器视觉的茶陇识别与采茶机导航方法[J];农业机械学报;2016年01期
10 张美娜;尹文庆;林相泽;吕晓兰;;RTK-DGPS融合惯性传感器的车辆导航参数计算方法[J];农业机械学报;2015年05期
,本文编号:1752829
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1752829.html