基于扰动观测的4WSS电驱动无人农机路径跟踪控制方法

S49; 为提高四轮独立自转向(four-wheel self-steering,4WSS)电驱动无人农机复杂农田环境下路径跟踪控制精度与抗扰动能力,该研究提出一种基于非线性扰动观测器的非奇异快速自适应终端滑模复合控制方法.首先,考虑到农田环境下驱动轮滑移对底盘运动规律的影响,建立包含未知侧滑速度与转向滑移角的4WSS无人农机底盘扩展运动学模型;其次,设计非线性扰动观测器,估计底盘扩展运动学模型中包含未知滑移参数的外部集总扰动,并引入到滑模面中进行扰动补偿.在此基础上,针对非奇异快速终端滑模控制的抖振问题,基于指数趋近律构建一种非线性自适应滑模趋近律,保证控制器输出转向执行机构可接受的平滑控制...

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Published in农业工程学报 Vol. 40; no. 23; pp. 73 - 81
Main Authors 景亮, 冯瑞, 沈跃, 刘慧, 何思伟, 张亚飞
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 江苏大学电气信息工程学院,镇江 212013 01.12.2024
Subjects
非线性扰动
terminal sliding mode control
控制
非奇异快速自适应
control
观测器
unmanned agricultural machinery
observer
path tracking
nonsingular fast adaptive
nonlinear disturbance
无人农机
终端滑模控制
路径跟踪
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202403212

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Summary:S49; 为提高四轮独立自转向(four-wheel self-steering,4WSS)电驱动无人农机复杂农田环境下路径跟踪控制精度与抗扰动能力,该研究提出一种基于非线性扰动观测器的非奇异快速自适应终端滑模复合控制方法.首先,考虑到农田环境下驱动轮滑移对底盘运动规律的影响,建立包含未知侧滑速度与转向滑移角的4WSS无人农机底盘扩展运动学模型;其次,设计非线性扰动观测器,估计底盘扩展运动学模型中包含未知滑移参数的外部集总扰动,并引入到滑模面中进行扰动补偿.在此基础上,针对非奇异快速终端滑模控制的抖振问题,基于指数趋近律构建一种非线性自适应滑模趋近律,保证控制器输出转向执行机构可接受的平滑控制量,并严格证明了所提出复合控制器的稳定性.最后,分别在农田环境下进行直播作业和喷雾作业场地试验,结果表明:当4WSS无人农机以0.4和0.6 m/s的速度跟踪U形目标路径时,相较于传统非奇异快速终端滑模控制方法,直播作业模式下该方法在不同速度下目标作业路径跟踪的横向误差标准差分别为8.1和9.2 cm.喷雾作业模式下相应的横向误差标准差分别为5.3和7.8 cm.所提方法有效提高了复杂农田场景下4WSS无人农机路径跟踪控制的鲁棒性与精度,且具备良好的抗扰动能力和较强的自适应能力,满足农业生产的需求.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202403212