[发明专利]一种引入重量变量控制的无人农机协同工作控制方法

权利要求书

1.一种引入重量变量控制的无人农机协同工作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）确定加料车与收料车之间的稳定关系，建立以距离、速度及加速度为控制核心的模型；输料过程中，收料车按照既定路线前进，加料车以收料车的位姿作为参考实时调整运动姿态来保证两车之间位姿相对不变；以收料车的几何中心点位参考点，收料车与加料车有固定的距离；因此，为保证传料稳定性，两车距离误差及速度误差保持接近0，表达式如下：

，

，

，

式中，为两车距离误差，为主车位置，为从车位置，为两车期望距离，为初始两车间距，为时间常数，可根据国家相关标准取得，为主车与从车速度，为两车速度误差；

将车辆简化为只有速度和位置的质点，准确描述车辆的运动状态，给料车的运动状态表示为：

，

，

式中，为加速度；

步骤（2）考虑加速度的控制执行延时，建立加速度延时表达式，所述加速度延时表达式表示为：

，

式中，为实际加速度，为期望加速度，为时间常数，为复频域标志；

步骤（3）建立给料车控制状态空间的离散化模型，进行预测时间范围内的给料车状态的状态预测；建立给料车控制状态空间的离散化模型包括：

，

，

式中，，，，，为系统输入量加速度值，为单位矩阵，y为测量到的给料车状态，T为采样周期；为k时刻系统输入量，为系统噪声；

将加速度变化率的约束引入系统，建立新的状态量，则系统模型对应表示为：

，

，

式中，，，，，为系统输入量加速度值增量，为测量到的给料车状态；

通过上式进行预测时间范围内的给料车状态的状态预测，则得到预期的控制输入为：

，

其中，为上一时刻的输入，为已知量，为增量输入，通过二次规划求得，j为当前时刻与初始时刻间隔；

步骤（4）通过建立性能指标函数和偏差，得到二次规划标准型，通过有效集的方法求解出二次规划值，获得期望加速度，包括：

定义性能指标函数为：

，

为k时刻预测值，为k时刻参考值，为控制输入增量；Q为误差加权矩阵，R为控制加权矩阵，N为模型时域；

，

其中，分别为矩阵对应变量矩阵形式，预测步数；

定义预测值与参考量的偏差：

，

通过对性能指标函数J变形，可得到二次规划标准型：

，

其中，为实向量；

通过有效集的方法求解出二次规划值，在每个控制周期内得出下一时刻系统最优的控制序列；

为防止预测误差随时间增大造成控制系统不稳定，因此选择第一个量作为当前期望加速度增量，表达式如下：

，

其中，为控制输入增量；

步骤（5）车辆下层控制系统得到期望加速度后，选择驱动或制动模式，将车辆重量作为控制参数，获得节气门开度或主缸压力，进而控制车辆速度，包括：

获得期望加速度值后，上层控制器将数据发送给下层控制部分，下层控制器部分根据车辆驱动和制动下不同模型转换为可执行的指令；

车辆驱动模式下控制模型为：

，

其中，为t时刻期望发动机转矩，为空气阻力系数，为滚动阻力系数，为重力加速度，为纵向车速，为车辆迎风面积，为空气密度，为车轮半径，为变速器传动比，为主减速器传动比，为传动系机械效率，根据给料车当前重量m及期望加速度即可求解出期望的节气门开度；

制动模式下车辆动力学模型为：

，

其中，为期望制动力，根据给料车当前重量及车辆相关制动参数可求解出期望的制动主缸压力如下：

，

其中，为期望的制动主缸压力，为前轮制动器的制动力矩与制动主缸压力的比例系数，为后轮制动器的制动力矩与制动主缸压力的比例系数。