露天矿无人驾驶自卸车横-纵向协同控制研究

• Published in: 工矿自动化 Vol. 50; no. 10; pp. 68 - 79
• Main Authors: 潘国宇, 鲍久圣, 胡德平, 邹学耀, 阴妍, 王茂森, 朱晨钟, 张磊, 杨瑞
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学 机电工程学院,江苏 徐州 221116%徐州徐工重型车辆有限公司,江苏 徐州 221112 2024
• Subjects: unmanned driving; lateral-longitudinal coordinated control; lateral motion control; 露天矿自卸车; 纵向速度控制; 无人驾驶; 横向运动控制; longitudinal speed control; 横-纵向协同控制; open-pit mine dump truck
• ISSN: 1671-251X
• DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070017

TD57; 露天矿无人驾驶自卸车面临道路等级低且坡道弯道多、车辆载质量大且变化范围宽等恶劣运输工况,现有车辆运动控制策略多面向普通道路环境,无法直接将现有车辆控制策略应用于矿山自卸车.针对上述问题,提出了一种基于预瞄误差与分层反馈的露天矿无人驾驶自卸车横-纵向协同控制系统.横向控制以线性二次型调节器(LQR)为基础,运用前馈控制器降低稳态误差,采用模糊控制器实现自适应调整预瞄距离,以提高路径跟踪控制精度;纵向控制建立分层反馈式纵向速度控制器,分别采用模型预测控制和模糊PID反馈控制,并建立车辆驱动及制动逆向模型,降低自卸车载质量与道路坡度改变对纵向速度追踪的影响.仿真结果表明:①车辆实际速度和期望速度误差在 2%以内,说明自卸车在空载下坡与满载上坡 2种工况下的速度跟踪效果能够满足要求.②由于横-纵向协同控制能够针对路径曲率的不同实时调节车辆速度,在 2种工况下,自卸车横-纵向协同控制器相比于单一横向控制都获得了更高的路径跟踪精度,同时也提高了自卸车的操纵稳定性.实验结果表明:①空载下坡时的横向误差峰值为 0.019 9 m,方向误差峰值为 0.184 0 rad,误差增大均发生在弯道处,但误差波动范围较小,能够保证试验车对期望路径的跟踪.②负载上坡时的横向误差峰值为0.0168 m,方向误差峰值为0.0714 rad,误差变化趋势与空载下坡试验相反,但误差仍在合理范围内,试验车的跟踪效果良好.③2个误差峰值均小于空载下坡试验,验证了不同速度对横向控制精度的影响规律.