[發(fā)明專利]基于動(dòng)力學(xué)模型的履帶無人車輛軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法

在審

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• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114355882A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勝飛;汪洋;項(xiàng)燊;蘇波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國北方車輛研究所
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

1.基于動(dòng)力學(xué)模型的履帶無人車輛軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一：根據(jù)履帶車輛動(dòng)力學(xué)模型建立狀態(tài)空間方程；

步驟二：根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)二次型轉(zhuǎn)化；

步驟三：在下一個(gè)控制周期內(nèi)系統(tǒng)通過目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化過程計(jì)算出新的控制序列，反復(fù)進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤控制。

2.如權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)力學(xué)模型的履帶無人車輛軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟一中履帶車輛動(dòng)力學(xué)模型建立狀態(tài)空間方程的過程如下：

根據(jù)履帶車輛動(dòng)力學(xué)模型以及車輛局部坐標(biāo)與全局坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到式(1.1)所示的狀態(tài)方程：

將其表示為如下的非線性模型：

設(shè)定車輛的狀態(tài)量為控制量輸出量為

將(1.2)所示的非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化和離散化，得到的狀態(tài)空間方程表示為：

其中，

3.如權(quán)利要求2所述的基于動(dòng)力學(xué)模型的履帶無人車輛軌跡跟蹤控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟二中設(shè)定目標(biāo)函數(shù)和進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)二次型轉(zhuǎn)化的過程如下：

設(shè)定目標(biāo)函數(shù)：

將上述目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為如下標(biāo)準(zhǔn)二次型：

其中，已知狀態(tài)量個(gè)數(shù)n＝6，控制量個(gè)數(shù)m＝2，輸出量個(gè)數(shù)p＝3，設(shè)定預(yù)測時(shí)域H_p＝60，控制時(shí)域H_c＝15，控制周期T＝0.1可以得到：

P_t＝ε(t)^TQ_eε(t) (1.9)

其中，Y_ref為預(yù)測時(shí)域內(nèi)的參考輸出量；在t時(shí)刻給定參考軌跡點(diǎn)在預(yù)測時(shí)域內(nèi)根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測系統(tǒng)輸出，并作為參考輸出，計(jì)算過程如下：

其中，每一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)量均可以從車輛傳感器獲得，則系統(tǒng)參考輸出矩陣為

設(shè)定如下約束條件：

(a)兩側(cè)履帶轉(zhuǎn)速約束

U_min-U(t-1)≤MΔU(t)≤U_max-U(t-1) (1.13)

其中，U(t-1)為前一時(shí)刻車輛反饋的兩側(cè)履帶轉(zhuǎn)速；

(b)轉(zhuǎn)速增量約束

ΔU_min≤ΔU(t)≤ΔU_max (1.14)

其中，

(c)縱向加速度約束

A₁ΔU≤b₁ (1.15)

其中，

(d)側(cè)向加速度約束

其中，v為上一時(shí)刻測得的車輛縱向速度，ω_L(t-1),ω_R(t-1)分別為上一時(shí)刻測得兩側(cè)履帶轉(zhuǎn)速；

根據(jù)以上建立的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)和設(shè)定的約束條件，將線性時(shí)變預(yù)測控制問題轉(zhuǎn)化為如下的標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃問題；

建立的標(biāo)準(zhǔn)二次型表示如下：