[发明专利]基于动力学模型的履带无人车辆轨迹跟踪控制器设计方法

权利要求书

1.基于动力学模型的履带无人车辆轨迹跟踪控制器设计方法，其特征在于，该方法的实现步骤如下：

步骤一：根据履带车辆动力学模型建立状态空间方程；

步骤二：根据设定的目标函数进行标准二次型转化；

步骤三：在下一个控制周期内系统通过目标函数的优化过程计算出新的控制序列，反复进行滚动优化，从而实现轨迹跟踪控制。

2.如权利要求1所述的基于动力学模型的履带无人车辆轨迹跟踪控制器设计方法，其特征在于，所述步骤一中履带车辆动力学模型建立状态空间方程的过程如下：

根据履带车辆动力学模型以及车辆局部坐标与全局坐标的转换关系，得到式(1.1)所示的状态方程：

将其表示为如下的非线性模型：

设定车辆的状态量为控制量输出量为

将(1.2)所示的非线性系统进行线性化和离散化，得到的状态空间方程表示为：

其中，

3.如权利要求2所述的基于动力学模型的履带无人车辆轨迹跟踪控制器设计方法，其特征在于，所述步骤二中设定目标函数和进行标准二次型转化的过程如下：

设定目标函数：

将上述目标函数转化为如下标准二次型：

其中，已知状态量个数n＝6，控制量个数m＝2，输出量个数p＝3，设定预测时域H_p＝60，控制时域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为预测时域内的参考输出量；在t时刻给定参考轨迹点在预测时域内根据车辆动力学模型预测系统输出，并作为参考输出，计算过程如下：

其中，每一时刻的系统状态量均可以从车辆传感器获得，则系统参考输出矩阵为

设定如下约束条件：

(a)两侧履带转速约束

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

其中，U(t-1)为前一时刻车辆反馈的两侧履带转速；

(b)转速增量约束

ΔU_min≤ΔU(t)≤ΔU_max (1.14)

其中，

(c)纵向加速度约束

A₁ΔU≤b₁ (1.15)

其中，

(d)侧向加速度约束

其中，v为上一时刻测得的车辆纵向速度，ω_L(t-1),ω_R(t-1)分别为上一时刻测得两侧履带转速；

根据以上建立的目标优化函数和设定的约束条件，将线性时变预测控制问题转化为如下的标准二次规划问题；

建立的标准二次型表示如下：