[發明專利]一種雙側電機驅動履帶車輛的綜合控制方法

有效

• 申請號: 202010467871.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111812974B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 翟麗;侯宇涵;侯如非;張雪瑩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

1.一種雙側電機驅動履帶車輛的綜合控制方法，用于實現此種車輛的操縱穩定性與軌跡跟蹤的綜合控制，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟一、確定待跟蹤的期望軌跡上的狀態量，并設置各狀態量的參考值；

步驟二、基于確定的各狀態量，針對履帶車輛建立預瞄運動學模型以及動力學模型；

步驟三、判斷車輛運動狀態判斷轉向半徑與車寬的關系，確定當前狀態下由所述預瞄運動模型及動力學模型共同組成的履帶車輛模型預測方程；

步驟四、結合履帶車輛實時運動狀態所對應的各狀態量，預測履帶車輛未來輸出量，根據預測輸出與參考值建立多目標優化函數，設置滿足機械限制、控制平順性、操縱穩定性的相關控制量約束條件，實時滾動優化獲得兩側履帶力最優控制量。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟一中各狀態量及參考值具體為：

其中，y_e為側向偏差，ψ_e為航向角偏差，ω為橫擺角速度，v為線速度，R為轉向半徑，下標r均表示參考點。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟二中建立預瞄運動學模型具體采用以下公式：

其中，為側向偏差變化率，為航向角偏差變化率，v_x為縱向速度，L_d為預瞄距離，β為質心側偏角，ρ為預瞄點處期望軌跡曲率；

根據轉向半徑R與車寬B的關系分為小半徑轉向和大半徑轉向，

R≤0.5B時，為小半徑轉向，此時履帶車輛動力學方程為：

其中，M_μ為轉向阻力矩，F_L、F_R為左、右側履帶牽引力，R_L、R_R為左、右側履帶滾動阻力，δ為質量增加系數，m為整車質量，J為轉動慣量；此時，F_L、F_R都為驅動力，方向相反；當R＝0時，F_L＝F_R,v_L＝v_R，縱向加速度為0；當R＝0.5B時，v_R＝0,R_R＝0；

轉向阻力矩M_μ可由下式得到：

其中，μ為轉向阻力系數，L為履帶接地長，g為重力加速度；

兩側履帶滾動阻力大小相等，方向相反，具有如下關系：

其中，f為阻力系數；

R＞0.5R時，為大半徑轉向，此時履帶車輛動力學方程為：

此時，F_L為驅動力，F_R為制動力，兩者與滾動阻力方向相同，與內側履帶行駛方向相反。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于：所述步驟三中履帶車輛模型預測方程具體為：

R≤0.5B時，為小半徑轉向，此時模型預測控制器狀態方程為：

R＞0.5R時，為大半徑轉向，此時模型預測控制器狀態方程為：

其中，為縱向速度變化率，為橫擺角速度變化率。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于：在所述步驟四中，定義狀態量x＝[y_e,ψ_e,v_x,ω]^T，控制量u＝[F_L,F_R]^T，輸出量y＝[y_e,ψ_e,v_x,ω]^T；

建立狀態方程并在參考點處展開并經離散化處理和推導得到系統預測輸出表達式；根據預測輸出量與期望輸出量的值設置目標函數，利用二次規劃算法對目標函數進行求解，最終輸出相關控制量。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于：對相關控制量的約束條件，通過以下方式設置：

為滿足機械限制，需要對控制量的大小進行限制，即對兩側履帶力設置最大最小值：

u_min≤u(k)≤u_max，

其中，u(k)、u_max、u_min分別表示兩側履帶力及其最大和最小值；

為了保持控制平順性，防止控制量發生突變，對控制增量設置約束：

Δu_min≤Δu(k)≤Δu_max，

其中，Δu(k)、Δu_max、Δu_min分別表示兩側履帶力增量及其最大和最小值；

考慮到操縱穩定性，需要對橫擺角速度設置約束：

ω_min≤ω(k)≤ω_max，

其中，ω(k)、ω_max、ω_min分別橫擺角速度及其最大和最小值。