[發明專利]一種履帶式車輛導航軌跡跟蹤控制系統

有效

• 申請號: 201910956979.2
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110716565B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 路恩;徐立章;李耀明;唐忠
• 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: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種履帶式車輛導航軌跡跟蹤控制系統，包括GNSS導航系統基準站、GNSS導航系統移動站、履帶式車輛和軌跡跟蹤控制器，GNSS導航系統基準站和GNSS導航系統移動站計算履帶式車輛的實時位置和航向，軌跡跟蹤控制器的設計為：1)根據履帶式車輛運動學方程建立軌跡跟蹤誤差模型；2)設計組織層控制器，包括車輛位姿滑?？刂破?、狀態估計器和卡爾曼濾波器；3)設計協調層控制器，包括履帶速度關系映射、基于功能分配的協調控制器和基于變論域的模糊控制器，通過執行層實現左右履帶的速度控制，從而完成履帶式車輛的軌跡跟蹤控制；本發明具有環境適應能力強、操作簡單、實時性好、可靠性高、穩定性好等優點。

技術領域

本發明涉及一種車輛軌跡跟蹤控制技術，具體是一種基于分層控制策略的履帶式車輛導航軌跡跟蹤控制系統。

背景技術

履帶式車輛具有驅動力大、接地比壓小、通過性好等優點，能夠很好地適應特殊地形，廣泛應用于軍用車輛、農業機械、工程機械等領域，其軌跡跟蹤控制的研究受到了人們越來越多的關注。履帶式車輛中履帶、負載輪和地面之間相互作用會產生滑轉、滑移、沉陷等現象，車輛自身還存在的結構誤差以及控制系統模型缺陷和路面不平等，導致了履帶式車輛的實際運行路徑會與設定路徑之間存在一定的偏差，嚴重影響履帶式車輛的工作性能。當在履帶式車輛上安裝輔助導航系統實現系統自主導航控制時，履帶式車輛需要自主的實現軌跡跟蹤控制，且履帶式車輛屬于典型的多維耦合系統，現有的控制結構難以保證無人駕駛工況下履帶式車輛的跟蹤控制性能。因此，需要對現有的履帶式車輛軌跡控制結構進行改進，以適應此工況下的履帶式車輛的軌跡跟蹤控制要求。由于通用的GNSS導航系統更新速率較低，在地頭轉彎的過程中難以準確的檢測出履帶式車輛的實時位置和航向，因此需要設計狀態估計器對轉彎工況下履帶式車輛的位置和航向進行估計，融合狀態估計器和GNSS導航系統的數據提高履帶式車輛實時位置和航向的檢測精度。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有履帶式車輛在自主導航情況下，軌跡跟蹤控制精度低的問題，而提出一種基于分層控制策略的履帶式車輛導航軌跡跟蹤控制系統。

本發明是通過以下技術方案實現上述技術目的的。

一種履帶式車輛導航軌跡跟蹤控制系統，包括GNSS導航系統基準站、GNSS導航系統移動站、履帶式車輛和軌跡跟蹤控制器，所述GNSS導航系統基準站將觀測值和測站坐標信息發送給GNSS導航系統移動站，GNSS導航系統移動站接收GNSS導航系統基準站數據的同時采集GNSS觀測數據，據此計算履帶式車輛的實時位置和航向，軌跡跟蹤控制器根據實時位置和航向跟蹤控制履帶式車輛的軌跡。

上述技術方案中，所述GNSS導航系統基準站中的GNSS天線Ⅰ和電臺Ⅰ均與GNSS接收機Ⅰ連接，GNSS接收機Ⅰ與供電模塊Ⅰ連接。

上述技術方案中，所述GNSS導航系統移動站中的GNSS天線Ⅱ、GNSS天線Ⅲ和電臺Ⅱ均與GNSS接收機Ⅱ連接，GNSS接收機Ⅱ與供電模塊Ⅱ連接。

上述技術方案中，所述軌跡跟蹤控制器包括信號連接的組織控制層、協調控制層和執行層，協調層控制器對組織層控制器輸出的履帶式車輛速度和角速度的控制量進行分配，轉化為履帶式車輛左右履帶速度的控制，通過執行層完成履帶式車輛的軌跡跟蹤控制。

上述技術方案中，所述組織層控制器包括車輛位姿滑?？刂破鳎囕v位姿滑模控制器的輸入為：理論規劃路徑分解的履帶式車輛位置和航向與實時位置和航向差值，輸出為：履帶式車輛的速度和角速度的控制量。

上述技術方案中，所述履帶式車輛的實時位置和航向由GNSS導航系統和狀態估計器的數據經過卡爾曼濾波器融合得到。

上述技術方案中，所述協調層控制器具體為：由履帶速度映射關系，將履帶式車輛速度和角速度的控制量轉換成左右履帶驅動輪速度的控制量，基于功能分配理論設計協調控制器，將左右履帶驅動輪的速度分配為執行層中電磁換向閥和液壓無級變速器的控制權重系數。