[发明专利]一种适用于农业机械直线导航的侧滑角度估计方法及估计器

说明书

本发明公开一种适用于农业机械直线导航的侧滑角度估计方法及估计器，通过采集前轮转向角信息、农业机械的前进速度信息、天线定位信息和当前姿态信息，并对其进行分析处理；基于状态观测理论实现对侧滑角度的估计，采用第一估计器、第二估计器和第三估计器实现对车体航向偏差、位置偏差、侧滑角度信息的估计，分析过程利用积分代替微分，避免了微分运算对误差的放大作用；而且，在获取侧滑角度的同时，完成对航向偏差、位置偏差估计，本身具备滤波功能，改善了由于定位信息更新延迟所造成的航向偏差、位置偏差获取误差偏差较大等问题，为农业机械自动导航路径直线追踪算法提供参考，进而为提高侧滑条件下农业机械自动导航的路径跟踪精度提供支持。

技术领域

本发明属于车辆导航追踪领域，具体涉及一种适用于农业机械直线导航的侧滑角度估计方法及估计器。

背景技术

随着农业机械自动化水平的提高，农业机械自动导航技术越来越受重视，尤其是在我国东北及新疆地区的旱田作业中应用日趋成熟与完善。根据农作物种植的特点，农业机械导航系统对于直线路径追踪的精度要求远高于其他类型导航车辆的要求。但是不同于旱田农业机械自动导航技术的日趋完善，受水田作业环境硬底层不平、车辆侧滑等因素的影响，直线路径追踪精度差成为水田农业机械自动导航技术存在并亟需解决的主要问题。

国内农业机械自动驾驶起步较晚，对侧滑问题的研究还未开展，提高水田农业机械自动导航系统直线路径追踪精度是目前农业机械自动导航系统的主要研究问题之一。农业机械自动导航路径追踪算法多依赖于车辆动力学模型，其中侧滑角度是车辆动力学模型中的参数之一，由于侧滑产生在轮胎与地块接触面缺少直接测量的传感器，导致侧滑角度难以获取，而当前农业机械自动导航路径跟踪算法大多忽略掉了侧滑角度的影响，从而导致水田作业机械过程中路径追踪精度差。

为此，本发明基于状态观测理论，设计一种农业机械侧滑角度估计器，为农业机械自动导航路径直线追踪算法提供参数参考，进而为提高侧滑条件下农业机械自动导航的路径跟踪精度提供支持。

发明内容

本发明针对采用前轮转向的农业机械车辆在直线路径追踪过程中存在的侧滑问题，基于观测器理论，提出一种适用于农业机械直线导航的侧滑角度估计方法及估计器。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种适用于农业机械直线导航的侧滑角度估计方法，包括以下步骤：

步骤S1、在农业机械行进过程中，采集农业机械的前轮转向角信息、以及农业机械的前进速度信息、天线定位信息和当前姿态信息，并对其进行对应的分析处理；

步骤S2、构建农业机械的动力学方程并将其作为系统状态方程，基于状态观测器理论实现对直线导航路径追踪过程中的侧滑角度的估计，具体的：

(1)根据步骤S1所采集的农业机械的天线定位信息和当前姿态信息，分析并获得j时刻综合误差信号ε(j)：

其中，y(j)表示j时刻的位置偏差量测值，位置偏差记为导航点坐标距离路径规划线上最近点之间的距离，表示j时刻的航向偏差量测值，航向偏差记为车辆航向与路径规划线的航向之差，表示j时刻的航向偏差估计值，表示j时刻的位置偏差估计值，k_y和k_θ为系数，满足k_θ+k_y＜1，且k_θ＜k_y；位置偏差估计值和航向偏差估计值的初始值均为0；

(2)根据得到的综合误差信号ε(j)，分析并获得j时刻侧滑角度估计值

其中，表示j-1时刻的侧滑角度估计值，k₁为系数，T_s表示系统控制周期；