[發(fā)明專利]一種無人智能清掃車軌跡跟蹤控制方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111596671A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚文龍;龐震;池榮虎;邵巍;李博洋
• 申請（專利權(quán)）人: 青島科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;E01H1/05
• 代理公司: 青島中天匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

1.一種無人智能清掃車軌跡跟蹤控制方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述方法包括下述步驟：

(1)在無人智能清掃車中，預(yù)先錄入需要清掃的區(qū)域路徑；

(2)獲取車的實際位置、姿態(tài)信息，建立車的運動學模型：

其中，

(x,y)表示車后軸的中心點坐標；v表示當前車速；是當前車的航向角；n表示車前后軸的軸距；χ是車的前輪偏角，受最大轉(zhuǎn)向角χ_max限制；

(3)在期望路徑上，實時選取合適的預(yù)瞄點，并計算預(yù)瞄角，將軌跡跟蹤問題轉(zhuǎn)化為預(yù)瞄偏差角跟蹤問題；

(4)進行動態(tài)線性化處理，建立僅與輸入的預(yù)瞄偏差角和輸出的前輪轉(zhuǎn)角相關(guān)的轉(zhuǎn)向動態(tài)線性化數(shù)據(jù)模型：

h(t+1)＝h(t)+ξ(t)Δu(t)；

其中，

h(t)表示t時刻的預(yù)瞄偏差角；u(t)表示t時刻的方向盤轉(zhuǎn)角，Δu(t)＝u(t)-u(t-1)；ξ(t)表示系統(tǒng)的偽偏導(dǎo)數(shù)；

(5)計算無模型自適應(yīng)控制下的轉(zhuǎn)向角控制率及PPD估計算法：

其中，為ξ(t)的估計值，λ∈(0,1]、μ∈(0,1]是步長因子，使控制算法設(shè)計具有更大的靈活性；h_d(t+1)為t+1時刻的預(yù)瞄角；

(6)在上述轉(zhuǎn)向角控制率中，加入時變比例控制項，得到新的控制率為：

其中，λ∈(0,1]、μ∈(0,1]是步長因子；e(t)＝h_d(t+1)-h(t)；k₁＞0,k₂≥0且k₁≥k₂；

(7)輸出前輪轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)期望軌跡的跟蹤。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(2)的運動學方程轉(zhuǎn)化為離散化模型：

其中，T為采樣時間，該模型驗證了智能清掃車系統(tǒng)的非線性，僅用于提供智能清掃車軌跡跟蹤控制仿真中的I/O數(shù)據(jù)，不參與控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(4)具體包括下述步驟：

(1)由智能清掃車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的非線性可知，h(t)和u(t)之間的關(guān)系也是非線性的，建立如下的離散時間非線性系統(tǒng)：

h(t+1)＝f(h(t),…,h(t-n_h),u(t),…,u(t-n_u))；

其中，h(t)表示t時刻的預(yù)瞄偏差角，u(t)表示t時刻的方向盤轉(zhuǎn)角，分別表示t時刻系統(tǒng)的輸入和輸出；n_h和n_u是兩個未知的參數(shù)；f(…)是未知的非線性函數(shù)；

(2)利用傳統(tǒng)無模型自適應(yīng)算法對該系統(tǒng)進行分析，考慮系統(tǒng)的下一時刻預(yù)瞄角變化量與之前時刻的方向盤該變化量有關(guān)，得到：

f(…)存在對于系統(tǒng)輸入變量u(t)的連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)；

該系統(tǒng)滿足廣義Lipschitz條件，即給定任意u(t₁)≠u(t₂)(t₁≠t₂且t₁,t₂≥0)，可以得到|h(t₁+1)-h(t₂+1)|≤m|u(t₁)-u(t₂)|，其中，m＞0是一個常數(shù)；

對于滿足上述條件的非線性系統(tǒng)，當Δu(t)≠0時，一定存在時變參數(shù)向量ξ(t)使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為如下的動態(tài)線性化數(shù)據(jù)模型：

Δh(t+1)＝ξ(t)Δu(t)。