[發(fā)明專利]一種基于滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)的輪式月球車驅(qū)動控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006809.6
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102602547A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李琳輝;連靜;吳淑梅;李明;王文波;郭烈;王蒙蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B64G1/16
• 分類號: B64G1/16;B60W30/02;B60W40/10;B60W40/105
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種以提高搖臂-轉(zhuǎn)向架輪式月球車在崎嶇環(huán)境下可通過性為目標的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，特別涉及到一種基于滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)的輪式月球車驅(qū)動控制方法。

背景技術(shù)

月球車驅(qū)動控制技術(shù)是移動機器人運動控制的實現(xiàn)環(huán)節(jié)，也是月球車實現(xiàn)自主行走的關(guān)鍵技術(shù)之一，其技術(shù)要點是如何對各車輪驅(qū)動力進行合理分配，以使崎嶇月表上行駛的月球車輪與輪之間的運動狀態(tài)相匹配，避免各輪驅(qū)動力分配不合理引起的打滑與下陷，從而減小月球車的能量損耗和機械磨損，提高其通過性和使用壽命。盡管月球車的驅(qū)動力調(diào)節(jié)和控制已被高度關(guān)注，但有關(guān)控制算法的研究較少，現(xiàn)有控制方法的局限性在于：通過優(yōu)化特定約束條件來對車輪的驅(qū)動力矩進行分配的方法，約束求最優(yōu)解的過程非常復(fù)雜，計算量大；對月球車的啟動加速過程進行控制的方法，僅將滑轉(zhuǎn)率控制在一個期望值，并沒有對月球車行駛過程進行控制；采用PI控制算法設(shè)計的PI控制器較簡單，控制目標單一。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有控制方法求解復(fù)雜、計算量大，僅將滑轉(zhuǎn)率控制在一個固定的期望值，沒有對月球車的行駛過程進行控制，控制目標單一等問題，本發(fā)明要提出一種基于滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)的輪式月球車驅(qū)動控制方法，按照月球車加速或減速行駛和勻速行駛兩種工況，對月球車各個車輪的力矩進行分配控制，即：當月球車處于加速或減速工況時，將各車輪滑轉(zhuǎn)率控制在各輪驅(qū)動效率最佳的區(qū)間內(nèi)；當月球車處于勻速行駛工況時，以車輪平均滑轉(zhuǎn)率為控制目標；并且求解簡單、計算量小。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于滑轉(zhuǎn)率調(diào)節(jié)的輪式月球車驅(qū)動控制方法，所述的驅(qū)動控制系統(tǒng)包括工況選擇模塊、滑轉(zhuǎn)率估計模塊、滑模變結(jié)構(gòu)控制模塊、PID速度控制模塊以及月球車系統(tǒng)，所述的月球車系統(tǒng)通過動力學(xué)和運動學(xué)分析得到車輪質(zhì)心的平動速度和車輪角速度，輸入到滑轉(zhuǎn)率估計模塊；滑轉(zhuǎn)率估計模塊計算各個車輪的滑轉(zhuǎn)率，輸入到滑模變結(jié)構(gòu)控制模塊中，作為滑模變結(jié)構(gòu)控制模塊的控制目標對車輪的力矩進行分配；最后將該分配力矩施加到各個車輪上，完成對車輪的驅(qū)動控制；所述的驅(qū)動控制方法具體包括以下步驟：

A、工況選擇以及控制目標確定

A1、因月球車在加速或減速時需要將滑轉(zhuǎn)率控制在一定的范圍內(nèi)，以提高驅(qū)動效率，且在勻速行駛過程中需要適應(yīng)地形起伏，避免單輪滑轉(zhuǎn)過大導(dǎo)致的通過性及協(xié)調(diào)性變差，所以將月球車的行駛工況分為加速或減速工況和勻速行駛工況；

A2、加速或減速工況下控制目標的確定

為了保證月球車在加速時車輪具有足夠大的驅(qū)動力矩和較高的驅(qū)動效率，需要將各個車輪的滑轉(zhuǎn)率控制在驅(qū)動效率最佳的范圍內(nèi)；

A3、勻速行駛工況下控制目標的確定

勻速行駛工況下，為了使車輪滑轉(zhuǎn)率得到有效控制，從而降低車體能量損耗、提高車體的通過性和驅(qū)動協(xié)調(diào)性能；選擇各輪滑轉(zhuǎn)率的平均值為控制目標，若單輪滑轉(zhuǎn)率過高，說明針對固定支反力N的車輪牽引力F過大，降低滑轉(zhuǎn)率也就減少了不必要的車輪牽引力的消耗；若滑轉(zhuǎn)率過小，說明針對固定支反力N的牽引力F過小，遠遠小于地面所能給予的牽引力，為了成功穿越溝壕或是陡坡等崎嶇地形，需要增大滑轉(zhuǎn)率以提高地面牽引力，提高月球車在崎嶇地面的通過性能；

B、車輪滑轉(zhuǎn)率估計

B1、首先對車輪滑轉(zhuǎn)率進行定義，因月球車的各項運動參數(shù)和指標均與滑轉(zhuǎn)率有關(guān)，所以滑轉(zhuǎn)率成為了研究的重點，其定義如下：