[发明专利]履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及系统。该履带式车辆轨迹跟踪控制方法包括以下步骤：基于轨迹跟踪误差模型，根据Lyapunov方法获取第一控制律；其中，轨迹跟踪误差模型是基于履带式车辆的运动学模型建立的；基于轨迹跟踪误差模型，根据反演滑模控制方法获取第二控制律；结合第一控制律和第二控制律推导出融合控制律；根据融合控制律控制履带式车辆履带的转速。本发明在通过Lyapunov控制方法和反演滑模控制方法结合推导出融合控制律能够提高车辆控制速度和控制精度，取得更好的控制效果。

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及一种履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及系统。

背景技术

近年来，中国设施农业发展迅速，设施农业面积已居世界首位，但当前国内设施农业机械化水平仍然较低。而由于农用履带车辆本身体积小、对土壤压实影响小、能适应复杂恶劣的农业作业环境等优点，使得其很适合应用于设施农业的生产作业中，并提高设施农业机械化水平。为此，农用履带式车辆得到了广泛应用。

为了实现农用履带式车辆轨迹跟踪，国内外学者已经进行了深入研究，建立了运动学模型和轨迹跟踪误差模型。现有的农用履带式车辆轨迹跟踪方法包括基于Lyapunov稳定性理论的控制方法、通过终端滑动模态技术设计的控制方法、反演模糊滑模控制方法等。上述方法能够实现期望轨迹的有限时间跟踪，但至少存在以下问题中的一种或几种：稳态误差较大、奇异性问题、抗干扰能力差、控制精度低、控制速度低。

因此，如何提高履带式车辆的自动化程度，提高轨迹跟踪的控制精度、控制速度和抗干扰能力成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种履带式车辆轨迹跟踪控制方法、装置及系统，以解决现有履带式车辆控制精度低、控制速度慢、抗干扰能力差的问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种履带式车辆轨迹跟踪控制方法，包括以下步骤：

基于轨迹跟踪误差模型，根据Lyapunov方法获取第一控制律；其中，所述轨迹跟踪误差模型是基于履带式车辆的运动学模型建立的；

基于所述轨迹跟踪误差模型，根据反演滑模控制方法获取第二控制律；

结合所述第一控制律和所述第二控制律推导出融合控制律；

根据所述融合控制律控制所述履带式车辆履带的转速。

进一步地，该履带式车辆轨迹跟踪控制方法还包括：

获取驱动电机的各项参数；

根据所述各项参数修正所述融合控制律。

进一步地，所述履带式车辆的运动学模型为：

其中，x、y分别为所述履带式车辆质心在全局坐标系(X，O，Y)中的横坐标和纵坐标，θ为车身纵向与X轴的夹角，v为所述履带式车辆的线速度，ω为所述履带式车辆的角速度，v_L为所述履带式车辆左侧履带的线速度，v_R为所述履带式车辆右侧履带的线速度，L为所述履带式车辆两侧履带之间的距离，d为所述履带式车辆的履带宽度，N_L为所述履带式车辆左侧驱动电机的转速，N_R为所述履带式车辆右侧驱动电机的转速，r为所述履带式车辆驱动轮的半径，i为所述履带式车辆减速器传动比。

进一步地，所述履带式车辆的轨迹跟踪误差模型为：