拖拉机-牵引式农机具路径跟踪控制算法研究

• Published in: 智慧农业（中英文） Vol. 5; no. 4; pp. 58 - 67
• Main Authors: 刘智勇, 温昌凯, 肖跃进, 付卫强, 王昊, 孟志军
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国农业科学院农业信息研究所 30.12.2023; 智能农业动力装备全国重点实验室,北京 100097,中国%江苏大学 农业工程学院,江苏镇江 212013,中国; 国家农业智能装备工程技术研究中心,北京 100097,中国; 智能农业动力装备全国重点实验室,北京 100097,中国; 江苏大学 农业工程学院,江苏镇江 212013,中国; 国家农业智能装备工程技术研究中心,北京 100097,中国%国家农业智能装备工程技术研究中心,北京 100097,中国
• Subjects: 滑模变结构控制; 牵引式农机具; 运动学模型; 路径跟踪; 仿真试验; path tracking; kinematic model; sliding mode variable structure control; trailed implement; simulation test
• ISSN: 2096-8094
• DOI: 10.12133/j.smartag.SA202308012

[目的/意义]本研究为解决牵引式农用车辆的路径跟踪精度低、迟滞性大和抗干扰能力差等问题，提出了一种基于滑模变结构控制的拖拉机-牵引式农机具路径跟踪方法。[方法]建立了拖拉机-牵引式农机具运动学模型，通过近似线性化的方法建立了车辆-道路偏差状态方程，采用Ackermann公式进行极点配置，设计基于指数趋近律的滑模变结构控制器，并在MATLAB/Carsim联合仿真环境中进行跟踪仿真分析。[结果和讨论]跟踪双移线参考路径时，农机具横向偏差和航向偏差经8 s收敛到0 m和0°，在参考航向变化时，横向偏差小于0.1 m，航向偏差小于7°；在跟踪圆形参考路径时，农机具横向偏差经过7 s趋于稳定，并始终小于0.03 m，农机具航向偏差经7 s趋于稳定，并保持在0°；在跟踪S形曲线参考路径时，农机具在曲率变化处依然保持着良好的跟踪性能。[结论]农机具能有效跟踪参考路径，满足精度和快速性的要求。在跟踪仿真试验中，拖拉机前轮转角和拖拉机与农机具间的铰接角都保持在小范围内，符合实际生产的需要，降低安全事故发生的可能性。