[發明專利]一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法

在審

• 申請號: 202210099586.6
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114454893A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 楊春雨;陳佳怡;張鑫;周林娜;馬磊;王國慶;代偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B60W50/00
• 分類號: B60W50/00;B60W40/064
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

本發明公開了一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，步驟為首先建立礦卡動力學模型；其次識別道路工況并根據突變工況切換策略選擇估計初值，然后基于遞推最小二乘估計，利用估計初值得出估計參數，根據估計得到的參數更新預測模型；最后基于預測模型設計預測控制器，計算出礦卡需要施加的前輪偏角，實現礦卡對給定軌跡的精確跟蹤。本發明采用信息融合的路面自適應預測控制方法，易于實現，自適應強，適用于礦卡實際運行工況，對于改善突變工況下礦卡軌跡跟蹤效果具有一定的借鑒意義，相對于傳統AMPC在參數估計準確性和軌跡跟蹤精度上有所提高。

技術領域

本發明涉及路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法領域，具體涉及一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法。

背景技術

礦用卡車，簡稱礦卡，其無人化、智能化研究和應用符合國家發展和行業需求，無人礦卡的研究具有重要的社會意義和廣闊的前景。作為無人礦卡控制系統的重要環節，無人礦卡軌跡跟蹤控制也成為熱門研究方向，可為其他復雜環境下無人駕駛提供理論和方法支撐，無人礦卡軌跡跟蹤控制的研究具有學術意義。

目前，部分露天礦區部署的無人礦卡可以實現限定道路條件的自主運輸工作，如針對極寒道路的慧拓智能方案，針對單車中間路段的常州科研試制中心方案等。但礦卡實際運行需要其具備礦區道路長距離運輸的能力，而礦區道路環境受到天氣和道路表面材料等因素影響，道路附著系數變化較大，具有高度不確定性，針對單一限定條件設計控制器不利于礦卡的穩定、安全運行，容易引發巨大的安全隱患。

針對這個問題，許多學者采用自適應預測控制(Adaptive Model PredictiveControl,AMPC)的方案進行解決。自適應預測控制結合了自適應和預測控制的思想，能有效彌補模型失配、時變、干擾等引起的不確定性。Liang Y針對四輪雙轉向移動機器人，提出了一種基于AMPC的軌跡跟蹤方法(Liang Y,Li Y,Khajepour A,et al.Multi-modeladaptive predictive control for path following of autonomous vehicles.2021.)。Zhou S將道路條件的不確定性用輪胎側偏剛度衡量，基于傳統最小二乘估計設計了一種AMPC算法，應用于無人重型拖車系統(Zhou S,Zhao H,Chen W,et al.Dynamic StateEstimation and Control of a Heavy Tractor-Trailers Vehicle[J].IEEE/ASMETransactions on Mechatronics,2020,PP(99).)。

然而上述針對道路不確定性的控制方法沒有考慮實際工程中礦卡運行存在道路附著系數突變的工況，難以滿足真實礦卡的運行需求。因此，有必要提出針對附著系數突變工況的控制器設計。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明的目的是提供一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，其能夠解決由道路附著系數突變導致無人礦卡軌跡跟蹤控制精度下降的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種路面自適應礦卡軌跡跟蹤預測控制方法，包括以下步驟：

步驟1、建立礦卡動力學模型；

步驟2、對礦區路面進行初步辨識，根據突變工況切換策略選擇估計初值；

步驟3、依據步驟2獲得的估計初值采用遞推最小二乘法進行參數估計值的計算；

步驟4、依據步驟3獲得的路面參數估計結果更新預測模型，根據預測控制方案計算出控制量。

優選地，步驟1中建立礦卡動力學模型的方法具體包括：

根據牛頓第二定律，建立三軸礦卡二自由度橫向動力學方程為：