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专利号: 2021114169833
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于:包括以下步骤:步骤一,分析农用轮式拖拉机实际作业过程中存在的扰动因素,构建包含扰动的路径跟踪模型,以其作为路径控制器设计的参考模型;

步骤二,引入坐标变换,将步骤一中得到的路径跟踪模型转化为便于控制器设计的严格反馈形式的状态方程;

步骤三,针对步骤二中得到的状态方程存在的未知系统状态和未知集总扰动,设计二阶精确微分器,同时实现对未知状态的实时观测以及未知集总扰动的精确估计;

步骤四,基于路径跟踪的目标,选取合适的滑动变量,结合步骤二中得到的状态方程和步骤三中的精确微分器,建立一阶滑模动力学方程;

步骤五,基于步骤四中构建的一阶滑模动力学方程,设计基于状态观测技术的输出反馈超螺旋控制器,进而,通过逆变换,得到车辆前轮转向角这个实际的控制输入。

2.根据权利要求1所述的一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于,所述步骤一中,考虑到农机在实际工作场景中会受到未建模动态、侧滑效应以及未知的外部扰动等因素的影响,建立包含扰动的路径跟踪模型如下:其中,los和θos分别表示横向偏差和航向偏差,σ是方向系数,v是纵向速度,lt是车辆轴距,δ是前轮转向角,cd是参考路径的曲率,d(t)是集总扰动,主要包含未建模动态、侧滑效应以及未知的外部扰动。

3.根据权利要求1所述的一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于,所述步骤二中,将路径跟踪模型转化为严格反馈形式的状态方程,更有利于控制设计,具体实施过程为:

假设车辆被考虑向前行驶,且车辆按顺时针行驶的方式去跟踪参考路径,即方向系数σ=‑1;令x1=los,x2=vsinθos,u=tanδ,则系统(1)可以重新表示如下:其中,x1和x2是系统状态,u是虚拟的控制输入;为便于处理未知的系统状态x2,将系统(2)进一步表示如下:

其中, 表示

未知集总扰动。

4.根据权利要求1所述的一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于,所述步骤三中,二阶精确微分器可以同时观测未知的系统状态x2和估计未知集总扰动Δ,其构造形式如下:

其中,L1,L2和L3为正实数的观测增益, 和 表示观测器输出变量;值得指出的是观测器(4)中的输出状态 和 分别用于快速观测出未知的状态x2和未知集总扰动Δ。

5.根据权利要求1所述的一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于,所述步骤四中,利用二阶精确微分器所估计的未知状态 选取合适的滑动变量,建立一阶滑模动力学方程如下:

基于农用轮式拖拉机的路径跟踪的目标,选取滑动变量如下:其中,ζ是正定的控制参数;然后,对滑动变量s沿着系统(3)求一阶导数,并结合状态观测器(4),得到一阶滑模动力学方程为:其中, 分别表示系统状态x1和x2的观测误差。

6.根据权利要求1所述的一种农用轮式拖拉机路径跟踪的输出反馈控制策略,其特征在于,所述步骤五中,基于状态观测技术的输出反馈超螺旋控制器u设计为:其中,k1>0,k2>0,则滑动变量s将在有限时间内稳定;

进一步,通过对虚拟的控制器u=tan(δ)实施逆变换,则得到前轮转向角δ为:则横向偏差los和航向偏差θos收敛到零。