農(nóng)用拖拉機自動導(dǎo)航的非線性控制算法研究.pdf

1、推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，對于輻射引領(lǐng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型具有重要的意義。農(nóng)用拖拉機作為實現(xiàn)各種農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的主要平臺，其自動導(dǎo)航技術(shù)正越來越受到關(guān)注。農(nóng)用拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，可提高作業(yè)精度、生產(chǎn)效率，所以對于農(nóng)用拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)的研究具有深遠(yuǎn)的意義。在導(dǎo)航控制中，除了要準(zhǔn)確把握車輛的當(dāng)前位姿信息以外，還需要對車輛的轉(zhuǎn)向進(jìn)行精準(zhǔn)控制。轉(zhuǎn)向控制的研究是要實現(xiàn)拖拉機在不同負(fù)載和路況等條件下沿著導(dǎo)航路徑準(zhǔn)確地行駛，主要任務(wù)就是設(shè)計適合

2、的路徑跟蹤控制器。由于農(nóng)用拖拉機作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜多變，因此考慮各種影響拖拉機運動的因素設(shè)計適合的控制器非常關(guān)鍵。
　　本文主要研究了農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航的控制器設(shè)計，根據(jù)評價直線導(dǎo)航系統(tǒng)性能好壞的幾個重要性能指標(biāo)設(shè)計了相關(guān)導(dǎo)航控制器，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)對農(nóng)用拖拉機自動導(dǎo)航研究的背景意義以及研究方向進(jìn)行了闡述，并確定了本課題研究的主要內(nèi)容為農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航控制器的設(shè)計。
　　(2)設(shè)計了農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航的飽和

3、控制器。首先，建立了農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航系統(tǒng)的運動學(xué)模型。其次，基于建立的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了線性鎮(zhèn)定控制器，然后結(jié)合飽和函數(shù)構(gòu)造了一種新的飽和控制器，并證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后，數(shù)值仿真驗證了該算法的有效性，從而為農(nóng)用拖拉機導(dǎo)航中普遍存在的輸入飽和問題提供了一種有效的解決方法。
　　(3)設(shè)計了農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航的復(fù)合控制器。首先，將系統(tǒng)的外部擾動和內(nèi)部不確定看做系統(tǒng)的集總擾動，建立新的運動學(xué)模型。其次，運用擾動觀測器觀測出系統(tǒng)的

4、集總擾動，并將觀測值作為前饋量補償給輸入端。進(jìn)而，結(jié)合基于反饋控制器和擾動補償量構(gòu)成由前饋和反饋組成的復(fù)合控制器。最后，仿真結(jié)果驗證了該算法的有效性，且表明該控制方法同時兼顧了目標(biāo)跟蹤的快速性和魯棒性。
　　(4)設(shè)計了農(nóng)用拖拉機直線導(dǎo)航的有限時間控制器。首先，在沒有考慮集總擾動的情況下，設(shè)計有限時間飽和控制器。在此基礎(chǔ)上，利用積分滑模技術(shù)設(shè)計魯棒控制器鎮(zhèn)定集總擾動情況下的直線跟蹤控制系統(tǒng)。最后，基于滑模擾動觀測器對集總擾動進(jìn)行估