[發明專利]基于非光滑控制和擾動觀測的農用拖拉機導航控制方法

有效

• 申請號: 201310355488.5
• 申請日: 2013-08-15
• 公開（公告）號: CN103425131A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 丁世宏;姜月霞;馬莉;姬偉;趙德安;閆小喜
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

1.基于非光滑控制和擾動觀測的農用拖拉機導航控制方法，其特征在于：將運動學模型轉化為包含便于控制設計的線性部分和影響控制精度的非線性部分的半線性模型；對線性部分利用非光滑技術設計狀態反饋，對非線性部分進行擾動觀測設計；并將基于非光滑技術的狀態反饋和擾動觀測的前饋相結合，得到農用拖拉機直線導航的復合控制方案；具體包括如下步驟：

A、農用拖拉機直線導航系統的運動學模型變換：所述運動學模型為半線性模型，該模型包含便于控制設計的線性部分和影響控制精度的非線性部分，即：????????????????????????????????????????????????，其中：，，；

B、設計狀態反饋控制器：所述狀態反饋控制器用于對所述半線性系統運動學模型中線性項進行狀態反饋，所述狀態反饋控制器包含：用以提高遠離平衡態狀態的收斂速度的光滑部分，即光滑PID控制器；用以提高靠近平衡態狀態的收斂速度且用以提高系統的抗擾動性能的非光滑部分，即非光滑PID控制器；

C、設計擾動觀測器，所述擾動觀測器用于觀測步驟A中的非線性項和，進而進行前饋補償：

對步驟A中的子系統：

，

擾動觀測器設計為：?

???????????????；

該觀測器的狀態會快速地觀測出非線性項；

對步驟A中的子系統：

，

擾動觀測器設計為：

；

該觀測器的狀態會快速地觀測出非線性項；

對步驟A中的子系統：

，

擾動觀測器設計為：

；

該觀測器的狀態會快速地觀測出非線性項；

D、設計復合控制器：復合控制器由基于非光滑理論的狀態反饋和基于擾動觀測的前饋補償所構成。

2.根據權利要求1所述的基于非光滑控制和擾動觀測的農用拖拉機導航控制方法，其特征在于：所述步驟B中狀態反饋控制器的具體構造方法為：第一步，采用PID方法構造光滑PID控制器，通過調參，使得控制系統的動態性能指標滿足要求，這些動態性能主要包括超調和調節時間；第二步，基于上一步設計的PID控制器，保持原來PID控制參數不變，將比例項、積分項和微分項上面全部增加一個分數冪，該分數冪的數值大小在0到1之間，構造非光滑PID控制器；第三步，通過一個非線性模塊將所述光滑PID控制器和非光滑PID控制器結合，最終得到農用拖拉機直線導航的狀態反饋控制器。

3.根據權利要求2所述的基于非光滑控制和擾動觀測的農用拖拉機導航控制方法，其特征在于：所述非線性模塊描述為：當輸入的數值大于1時，輸出等于輸入；當輸入的數值小于1時，輸出為輸入的分數冪次方。

4.根據權利要求1所述的基于非光滑控制和擾動觀測的農用拖拉機導航控制方法，其特征在于：所述步驟D中復合控制器包括兩種擾動補償情況：第一種情況為，和直接對系統進行補償，以便削弱航向角和橫向偏差子系統動力學中的非線性項對導航系統精度的影響；第二種情況為，非光滑狀態反饋控制器和構成復合控制器，即基于非光滑控制的狀態反饋和基于擾動觀測的前饋補償構成一類復合控制器；其中，分別為擾動觀測器的三個輸出。